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Multi-Access Memory System(MAMS)의 속도 향상을 위한 아키텍처 설계
Architecture design for speeding up Multi-Access Memory System(MAMS) 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.54 no.6 = no.475, 2017년, pp.55 - 64  

고경식 (충남대학교 정보통신공학과) ,  김재희 (충남대학교 정보통신공학과) ,  이스라엘 (충남대학교 정보통신공학과) ,  박종원 (충남대학교 정보통신공학과)

초록
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대용량 고화질의 영상 응용분야에서는 많은 양의 데이터를 고속으로 처리하는 기술이 필요하며, 이를 위해 고속화된 병렬처리 시스템이 요구된다. 2004년 park은 병렬처리 메모리의 충돌 없이 여러 처리기에 데이터를 접속할 수 있는 방법을 제안하였다. 제안된 MAMS(Multi-Access Memory System) 는 이후 MAMS-PP16 및 MAMS-PP64 등으로 추가적인 연구가 이루어졌다. MAMS는 병렬처리를 위한 메모리 아키텍처로써 One-chip으로 구성되어야하기 때문에 기존 MAMS와 동일한 기능을 수행하면서 아키텍처의 최소화 하는 방법의 연구가 필요하다. 주소 계산 (ACR : Address Calculation and Routing) circuit과 MMS(Memory Module Selection)circuit의 아키텍처는 메모리에 있는 데이터를 병렬처리기(Prossing Elements)들에게 전달한다. 본 논문에서는 MMS circuit을 사용하지 않고 ACR circuit 내부에 1개의 쉬프트와 메모리 모듈의 개수만큼의 조건문으로 구성하는 방법을 통해 아키텍처를 최소화 하는 방법을 제안한다. 구현한 아키텍처의 검증을 위해 Image correlation 실험을 하였다. 실험을 통하여 제안된 MAMS-PP64의 처리시간을 측정 하였으며, 그 결과 Ratio가 평균 1.05향상 된 결과를 확인 할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

High-capacity, high-definition image applications need to process considerable amounts of data at high speed. Accordingly, users of these applications demand a high-speed parallel execution system. To increase the speed of a parallel execution system, Park (2004) proposed a technique, called MAMS (M...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 기존 MAMS에서 MMs circuit이 Memory Module의 개수가 증가에 따라 공간복잡도가 증가하고 ACR circuit보다 처리시간이 길다는 단점을 보완하기 위하여 Remaining Address Differences(ADs) 와 Adders and Barrel shifter를 새로이 제안하였다.
  • 본 논문에서는 병렬처리기(PEs)들에게 메모리에 있는 데이터를 전달하기 위한 주소 계산 (ACR : Address Calculation and Routing)circuit과 MMS(Memory Module Selection)circuit의 아키텍처를 MMS circuit을 사용하지 않고 ACR circuit 내부에 1개의 쉬프트와 메모리 모듈의 개수만큼의 조건문으로 구성하여 아키텍처의 최소화하는 방법을 제안한다. 구현한 아키텍처의 검증을 위해 Image correlation 실험을 하였다.
  • 우리는 영상처리 고속화에서 병렬처리 메모리의 충돌 없이 여러 처리기에 데이터를 접속할 수 있는 구조를 가지는 MAMS를 One-chip으로 구성하기 위하여 공간 및 시간복잡도를 낮은 아키텍처를 연구하였다.
  • 우리의 목표는 메모리 시스템인 MAMS[2]를 사용하여 시스템 성능이 향상 되는 MAMS-PP64를 구현하는 것이다. MAMS-PP64의 구조는 MAMS[2]를 기초로 설계 되었으므로 Memory Module Assignment Circuit, Address Assignment Circuit그리고 Address selection Circuit들의 구조는 동일하다.
  • 다양하고 복합적인 멀티미디어 정보가 쏟아지면서 영상의 크기에 따른 메모리 공간의 한정성 극복이 대두되는 현실이다. 이러한 방대한 영상의 고속 처리를 위해 별도의 기술 및 장비 개발이 시급하며, 이를 극복할 수 있는 다중 접근 기억 장치와 멀티미디어 처리를 위한 병렬 처리기반의 아키텍처를 소개한다. 영상처리와 같이 반복적인 처리를 하는 분야에서는 SIMD 구조의 시스템이 적합하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SIMD 구조의 시스템은 어느분야에서 사용되는가? 이러한 방대한 영상의 고속 처리를 위해 별도의 기술 및 장비 개발이 시급하며, 이를 극복할 수 있는 다중 접근 기억 장치와 멀티미디어 처리를 위한 병렬 처리기반의 아키텍처를 소개한다. 영상처리와 같이 반복적인 처리를 하는 분야에서는 SIMD 구조의 시스템이 적합하다. 영상에서 임의의 간격을 가진 여러 형태로 영상자료를 동시에 접근할 수 있는 다중접근기억장치인 MAMS (Multi-Access Memory System)[1~2]는 p×q개의 PEs (Processing Elements)를 가진 병렬처리기로 구현된다.
MAMS의. 문제점은? MAMS는 라우팅 주소에서 어드레스 계산을 분리하여 느린 나눗셈 문제를 해결하였지만, 어드레스 연산 회로의 복잡도는 여전히 문제점으로 남았다. 그래서 Park[2]은 8개의 Subarray type ((South-West Block (SWB), South-East Block (SEB), North-West Block (NWB), North-East-Block (NEW), Forward-diagonal (FRD), Column (COL), Row (ROW) and Backward-diagonal (BKD))을 SRAM에 address Differences(ADs)값을 저장하여 회로의 복잡도를 해결하였다.
MAMS의 문제점을 어떻게 해결하였는가? MAMS는 라우팅 주소에서 어드레스 계산을 분리하여 느린 나눗셈 문제를 해결하였지만, 어드레스 연산 회로의 복잡도는 여전히 문제점으로 남았다. 그래서 Park[2]은 8개의 Subarray type ((South-West Block (SWB), South-East Block (SEB), North-West Block (NWB), North-East-Block (NEW), Forward-diagonal (FRD), Column (COL), Row (ROW) and Backward-diagonal (BKD))을 SRAM에 address Differences(ADs)값을 저장하여 회로의 복잡도를 해결하였다. 하드웨어 시스템의 비용절감을 위해 MAMS-PP4[7]는 영상처리에서 일 반적으로 많이 사용되는 3개의 Subarray type(SEB, ROW, COL)을 SRAM에 저장 하였다.
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참고문헌 (9)

  1. J.W. Park, "An Efficient Memory system for Image Processing," IEEE Trans. Computers, Vol. C-35, No. 7, pp. 669-674, Jul. 1986. 

  2. J.W. Park, "Multiaccess Memory System for Attached SIMD Computer," IEEE Trans. on Computers, Vol. 53, No. 3, pp. 1439-452, Apr. 2004. 

  3. Y-J Lee, J.H. Kim, and J.W. Park, "Performance Analysis of Implementation on Image Processing Algorithm for Multi-Access Memory System Including 16 Processing Elements," Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea, Volume 49, Number 3, pp. 8-14, 2012. 

  4. J.H. Kim, K.S. Ko, C.S. Oh, and J.W. Park, "64 Processing Elements with Multiaccess Memory System to Speedup Image Correlation," Advanced Science Letters, Volume 22, Number 9, pp. 2376-2380(5), September 2016. 

  5. D. C. Van Voorhis and T. H. Morrin, "Memory systems for image processing," IEEE Trans. Comput., vol. C-27, pp. 113-125, Feb. 1978. 

  6. P. Budnik and D. J. Kuck, "The Organization and Use of Parallel Memories," IEEE Trans. Computers, vol.C-20, no. 12, pp. 1566-1569, Dec. 1971. 

  7. H. Lee, H. K. Cho, D.S. You and J. W. Park, "An MAMS-PP4: Multi-Access Memory System used to improve the processing speed of visual media applications in a parallel processing system," IEICE Trans. Fundamentals. vol. E87 A, no. 11 November, 2004. 

  8. J.H. Lim, S. M. Park, J. W. Park, "Design to Chip with Multi-Access Memory System and Parallel Processor for 16 Processing Elements of Image Processing Purpose," Journal of Korea Multimedia Society Vol. 14, No. 11, pp. 1401-1408 November. 2011. 

  9. J.S. Park, J.H. Kim, K.S. Ko, J.W. Park, "Feature Extraction System for High-Speed Fingerprint Recognition using the Multi-Access Memory System," Journal of Korea Multimedia Society Vol. 16, No. 8, pp. 914-926, August 2013. 

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