조경주 연구실
전자공학과 조경주
조경주 연구실은 전자공학과를 기반으로 VLSI 설계, 저전력 및 고효율 디지털 신호처리 하드웨어 개발에 특화된 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 특히 곱셈기, 제곱기, FFT/IFFT 프로세서 등 디지털 연산 블록의 구조 최적화와 하드웨어 자원 절감에 중점을 두고 있습니다. 이러한 연구는 디지털 신호처리, 영상처리, 통신 시스템 등 다양한 첨단 응용 분야에서 요구되는 고성능, 저전력, 소형화된 시스템 구현에 필수적인 역할을 하고 있습니다.
연구실의 주요 연구 분야 중 하나는 고정길이 곱셈기 및 Booth 알고리즘을 활용한 저오차, 저면적 곱셈기 구조 개발입니다. 근사 컴퓨팅 기법을 적용하여 오차 복원력이 필요한 영상처리, 패턴인식, 기계학습 등에서 에너지 효율적인 하드웨어를 구현하고 있습니다. 실제로, 제안된 곱셈기 구조는 기존 대비 하드웨어 면적과 전력 소모를 크게 줄이면서도 연산 정확도를 유지하는 성과를 거두고 있습니다.
또 다른 핵심 연구 분야는 OFDM 기반 통신 시스템을 위한 FFT/IFFT 프로세서의 메모리 효율화 및 하드웨어 최적화입니다. 입력 신호의 워드길이 감소, 파이프라인 구조의 효율적 설계, 비트리버설 메모리 최적화 등 다양한 기법을 통해, 대용량 데이터 처리와 고속 신호 변환이 요구되는 환경에서 시스템 성능을 극대화하고 있습니다. 이러한 연구는 WiFi, 5G, WiMAX, UWB 등 차세대 통신 시스템뿐만 아니라, 영상 및 생체 신호처리 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다.
연구실은 FPGA 및 ASIC 환경에서의 실제 합성 및 시뮬레이션을 통해 제안된 구조의 성능을 검증하고, 국내외 학술지 및 특허를 통해 그 우수성을 인정받고 있습니다. 또한, 산학협력 프로젝트와 다양한 산업체와의 공동연구를 통해 실용적인 하드웨어 솔루션을 개발하고, 산업 현장에 적용하는 데에도 적극적으로 참여하고 있습니다.
앞으로도 조경주 연구실은 고성능, 저전력, 저오차 디지털 연산 블록의 설계와 최적화, 그리고 차세대 통신 및 신호처리 시스템을 위한 혁신적인 하드웨어 기술 개발에 매진할 계획입니다. 이를 통해 전자공학 분야의 학문적 발전과 산업적 응용에 기여하는 연구실로 성장해 나갈 것입니다.
OFDM Systems
Complex Multipliers
Low-Power Design
VLSI 설계 및 저전력 곱셈기 구조 개발
본 연구실은 VLSI(Very Large Scale Integration) 설계 분야에서 고효율, 저전력 곱셈기 및 제곱기 구조 개발에 중점을 두고 있습니다. 곱셈기는 디지털 신호처리, 영상처리, 통신 시스템 등 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 하며, 특히 고정길이 곱셈기와 Booth 알고리즘을 활용한 구조 최적화에 대한 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 이러한 연구는 하드웨어 면적과 전력 소모를 최소화하면서도 연산 정확도를 높이는 것을 목표로 합니다.
최근에는 근사 컴퓨팅(approximate computing) 기법을 적용하여, 영상처리나 패턴인식, 기계학습 등 오차 복원력이 요구되는 응용 분야에서 에너지 효율적인 곱셈기 구조를 제안하고 있습니다. 예를 들어, Radix-8 Booth 인코더 정보를 활용한 오차 보상 기법, 절사오차를 최소화하는 확률적 추정 방법 등이 대표적입니다. 이러한 방법을 통해 기존 곱셈기 대비 하드웨어 자원 사용량을 30% 이상 줄이고, 전력 소모 역시 크게 감소시키는 성과를 거두고 있습니다.
FPGA 및 ASIC 환경에서의 실제 합성 및 시뮬레이션을 통해 제안된 곱셈기 구조의 성능을 검증하고 있으며, 다양한 국제 학술지와 특허를 통해 그 우수성을 인정받고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 고성능, 저전력, 저오차 곱셈기 및 제곱기 구조의 설계와 최적화에 대한 연구를 지속적으로 확대해 나갈 계획입니다.
메모리 효율적 FFT/IFFT 프로세서 및 OFDM 통신 시스템용 하드웨어 설계
본 연구실은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반 통신 시스템에서 필수적인 FFT/IFFT 프로세서의 메모리 효율화 및 하드웨어 최적화 연구를 선도하고 있습니다. FFT/IFFT는 대용량 데이터 처리와 고속 신호 변환에 필수적인 연산 블록으로, 하드웨어 구현 시 메모리 크기와 전력 소모가 시스템 전체 성능에 큰 영향을 미칩니다. 이에 따라, 입력 신호의 워드길이 감소, 비트리버설 메모리 최적화, 파이프라인 구조의 효율적 설계 등 다양한 메모리 감소 기법을 개발하고 있습니다.
특히, SDF(Single-path Delay Feedback), MDF(Multi-path Delay Feedback), MDC(Multi-path Delay Commutator) 등 다양한 파이프라인 구조를 적용하여, 첫 두 스테이지에서 전체 메모리의 75% 이상을 차지하는 문제를 해결하기 위한 혁신적인 설계 방법을 제안하였습니다. 이러한 방법들은 실제 1024포인트, 2048포인트 FFT/IFFT 설계에 적용되어, 기존 방식 대비 최대 40% 이상의 메모리와 전력 소모를 절감하는 성과를 보였습니다. 또한, CSD(Canonic Signed Digit) 곱셈기 등 특화된 연산 블록을 도입하여, 복소 곱셈기의 하드웨어 면적과 연산 지연을 최소화하였습니다.
이러한 연구 성과는 WiFi, 5G, WiMAX, UWB 등 차세대 무선 통신 시스템뿐만 아니라, 영상처리, 생체 신호처리 등 다양한 응용 분야에 적용되고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 통신 시스템의 고성능화와 저전력화를 위한 FFT/IFFT 프로세서 및 관련 하드웨어 설계 기술을 지속적으로 발전시켜 나갈 예정입니다.
1
Design of Low Hardware?Cost 128?Point Fast Fourier Transform Processor for UWB System
조경주, 우건
Journal of Data Acquisition and Processing, 2019
2
Low-latency and memory-efficient SDF IFFT processor design for 3GPP LTE
조경주, 김연진, 장인걸, 정진균
IEICE ELECTRONICS EXPRESS, 2017
3
Memory efficient DIT-based SDF IFFT for OFDM systems
조경주, 이호윤, 김준호, 장인걸, 정진균
IEICE ELECTRONICS EXPRESS, 2014
1
[LINC-국고]산학공동기술개발과제(조경주)수발광 결합형 회전감지 엔코더 센서 개발
2
[LINC+]산학공동기술개발과제(조경주)반사형 맥박 및 산소포화도(SpO2) 센서 개발
3
[LINC+]산학공동기술개발과제(조경주) 댐을 이용하여 성능을 개선한 반사형 포토센서 개발