초록 ▼

□ 연구개요
· CAM 기반 BNN 가속기는 CAM의 검색 작업을 사용하여 BNN에 대한 XNOR 연산은 구현 가능하고 빠른 속도를 제공하지만 XNOR 비트 카운트 연산의 결과값이 process variation에 의해 상당한 오류를 야기시킬 수 있는 문제가 있음. 이를 보완하기 위해 분류 정확도를 높이기 위해 XNOR 비트 카운트 연산의 오류를 줄이기 위한 reference line의 이중화 구조를 설계하고 검증함
· 생물학적 뉴런과 시냅스를 모방한 SNN을 위한 하드웨어를 설계할 때 메모리와 컴퓨팅 블록 간의 데이터

□ 연구개요
· CAM 기반 BNN 가속기는 CAM의 검색 작업을 사용하여 BNN에 대한 XNOR 연산은 구현 가능하고 빠른 속도를 제공하지만 XNOR 비트 카운트 연산의 결과값이 process variation에 의해 상당한 오류를 야기시킬 수 있는 문제가 있음. 이를 보완하기 위해 분류 정확도를 높이기 위해 XNOR 비트 카운트 연산의 오류를 줄이기 위한 reference line의 이중화 구조를 설계하고 검증함
· 생물학적 뉴런과 시냅스를 모방한 SNN을 위한 하드웨어를 설계할 때 메모리와 컴퓨팅 블록 간의 데이터 전송으로 인한 에너지 손실을 보완하기 위해 SOT-MRAM을 이용하여 에너지 효율성과 속도를 향상시키는 구조를 설계하고 검증함

□ 연구 목표대비 연구결과
· 1차년도
(목표)
- BNN과 CAM의 구조 분석 및 reference line의 성능 향상을 위한 회로 설계와 SNN 구조 분석 및 MRAM 특성을 기반한 memory cell의 구조를 연구함.
(연구결과)
- CAM의 MAC 연산 구현과 성능, 면적 소모를 고려하여 cell을 설계함. search line 및 reference line의 오류를 보완하기 위한 구조를 설계하고 sense amplifier 및 주변 회로의 설계를 진행함.
- STT/SOT MRAM 디바이스 특성을 비교하여 SNN에 적합한 구조를 채택하고 MTJ 디바이스 모델링 및 PDK 제작함.
· 2차년도
(목표)
- CAM 기반 BNN 가속기와 SOT-MRAM을 이용한 SNN 가속기의 전체 구조를 설계하고 layout을 진행하여 variation에 따른 회로의 성능 검증.
(연구결과)
- Layout 설계시 PDK 물리적인 요소와 variation을 고려하여 구조를 배치하고 MONTE simulation 검증하여 하드웨어의 오류율을 산출함.
- MRAM cell 및 주변후 회로 layout을 설계하고 Post-simulation과 MONTE simulation 성능 검증.
· 3차년도
(목표)
- CAM 기반 BNN 가속기의 하드웨어 오류율을 적용하여 분류 정확도를 산출하고 MRAM을 이용한 SNN 가속기의 전력 소모를 최적화.
(연구결과)
- BNN을 pytorch framework로 구현하여 reference line을 이중화했을 때 정확도가 향상됨을 확인하고 MRAM을 이용한 SNN 가속기의 파워 소모의 원인을 분석하여 전력 소모를 최적화할 수 있도록 함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
· BNN 가속기에서 XNOR 비트 카운팅 동작에서 감지 오류가 발생하는 주 원인을 분석하고 해당 원인 즉, match line과 reference line 의 기울기 차이가 크지 않을 경우에 감지 오류가 발생하는 문제를 보완하기 위해 제안된 reference line을 이중화하여 XNOR 비트 카운팅 오류를 개선하여 정확도를 높임.
· MRAM을 이용한 SNN 가속기는 read와 write의 경로를 분리하여 읽기 안정성과 쓰기 기능을 독립적으로 최적화 할 수 있는 SOT-MRAM 구조를 적용하고 전력 소비를 개선하여 저전력 고속 쓰기에 적합한 구조를 설계함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 1차년도 ... 5
• 2) 2차년도 ... 6
• 3)　3차년도 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과 (연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 32