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본 논문은 자원이 제한적인 엣지 디바이스 환경에서 CNN의 하드웨어 면적과 전력 소모 문제를 해결하기 위한 가중치 내장형 Multiplier-less 연산 아키텍처를 제안한다. 기존의 범용 곱셈기 방식이 차지하는 과도한 다이(Die) 면적을 줄이기 위해, 가중치를 8비트 정수로 양자화하고 이를 CSD(Canonical Signed Digit) 기반의 Shift-and-Add 회로로 변환하여 로직을 최소화하였다. 또한, 가중치 내장형 하드와이어드 설계를 적용하여 합성 툴이 최적의 연산 회로를 생성하도록 유도하였다. Synopsys SAED32 32nm 공정 합성 결과, 제안된 구조는 기존 설계 대비 로직 면적을 약 82% 감소시키고 동적 전력 소모를 81% 절감함을 입증하였다. 이러한 결과는 모바일 및 IoT 애플리케이션을 위한 초저전력 AI 칩 설계에 있어 제안된 아키텍처가 효과적임을 보여준다. 하드와이어드 특성으로 인해 칩 제작 이후의 가중치 업데이트는 제한되지만, 향후 연구에서는 효율성과 모델의 유연성 간의 균형을 맞추기 위해 하이브리드 아키텍처의 적용을 검토할 계획이다.

A weight-embedded multiplier-less arithmetic architecture is proposed in this study to address hardware and power consumption challenges for convolutional neural networks in resource-constrained edge device environments. To reduce the excessive die area occupied by general-purpose multiplier architectures, weights are quantized into 8-bit integers and converted into canonical signed digit-based shift-and-add circuits, minimizing logic usage. In addition, a hardwired design with embedded weights is applied, enabling synthesis tools to automatically generate optimal arithmetic logic. Synthesis results using the Synopsys SAED32 32 nm process show that the proposed architecture reduces logic area by approximately 82% and dynamic power consumption by 81% compared with conventional designs. These results demonstrate the effectiveness of the proposed architecture for ultralow-power AI chip design in mobile and IoT applications. Owing to its hardwired characteristics, updating weights after fabrication is restricted; however, future studies plan to implement hybrid architectures to optimize the trade-off between efficiency and flexibility.

권호기사

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기사명 저자명 페이지 원문 목차
동적 환경에서 실시간 Visual SLAM 위한 정적 영역 분리와 특징점 매칭 병렬화 = Parallelization of static region segmentation and feature matching for real-time visual SLAM in dynamic environments 윤정수, 이현빈 p. 1-13
엣지 AI 가속을 위한 양자화 및 Shift-and-Add 연산 기반의 면적 효율적 가중치 내장형 CNN 연산기 설계 = Design of an area-efficient weight-embedded convolutional neural network processor based on quantization and shift-and-add operations for edge artificial intelligence acceleration 이태욱 p. 15-21
관성 측정용 System in Package 칩의 성능 평가 = Performance evaluation of a system in package chip for inertial measurement 박흠용 p. 23-28
고온 환경에서 PDMS 점탄성 특성을 활용한 웨이퍼 이송 공정의 슬립 개선 연구 = Slip improvement in wafer handling processes using the viscoelastic properties of PDMS under high-temperature conditions 박기원, 유재우 p. 29-39
실시간 다중 객체 추적을 위한 특징점 기반 객체 모델 생성 및 관리 기법 = A keypoint-based object model generation and management approach for real-time multi-object tracking 김영섭, 박상무 p. 41-49
제조분야 AI실습교육을 위한 빅데이터 발생 시스템 개발 = Development of a big data generation system for artificial intelligence practice education in manufacturing 김명식, 조완수 p. 51-57
롤투롤 공정의 AX 고도화를 위한 정밀 속도 계측 기반 단계적 지능화 구조 = Phased intelligence architecture for AX advancement in roll to roll processes based on precision speed measurement 이성희, 남규민, 정영석 p. 59-66
은둔중년과 한국형 7040 문제의 개념적 정립 = Reconceptualizing the “7040 problem” in Korea : middle-aged social withdrawal from educational and psychological perspectives : 일본 히키코모리·8050 사례와의 구조적 비교 및 교육·심리적 함의 홍지웅 p. 67-91
모바일 장치 내 이방성 자성유전체 시트의 SAR 저감 효과 = SAR reduction using anisotropic magneto-dielectric sheets in body contact mobile devices 김용진 p. 93-101
우주잔해물 감시레이더용 S-대역 디지털 송수신기의 설계 = Design of S-band digital transceiver for space debris monitoring RADAR 이태극, 신종기, 이성재, 유지웅 p. 103-110
전통 나비 문양을 활용한 볼로 타이(Bolo Tie) 디자인 개발 연구 = A study on the development of bolo tie designs utilizing traditional butterfly patterns 이광열, 석정원 p. 111-117
PoE 및 RS485 기반 IoT 인프라를 활용한 축사 에너지 디지털 트윈 서비스 설계 및 온도 변화 예측에 관한 연구 = A study on energy digital twin service design and temperature change prediction for livestock barns using a PoE and Rs485-based IoT infrastructure 모귀환, 노성동 p. 119-133
정보보안 시스템의 정책 검증을 위한 공격 시나리오 기반 비정상 기동 점검 방법에 관한 연구 = Attack scenario-based method for detecting abnormal operations in information security systems to validate security policy 김충배, 이선영 p. 135-143

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