전자 회로 및 데이터 요소 프로세싱 방법 document_id A220623042240

병렬 구조 정도를 최대화하는 방식은 전자 회로의 성능을 증가시키는 통상적인 기술이다. 전자 회로는 저장 요소에 저장된 데이터에 대해 논리 연산을 수행하여 데이터를 생성하고 이 생성된 데이터는 외부로 출력되거나 동일한 저장 요소 또는 상이한 저장 요소 내에 저장된다. 어떠한 데이터 의존 관계도 존재하지 않는 제약 상황 하에서, 수개의 저장 요소에 병렬로 데이터를 저장함으로써, 이들 입력 값의 프로세싱도 역시 병렬로 개시될 수 있다. 이러한 전자 회로는 데이터가 수개의 저장 요소에 병렬로 저장되는 경우 전력 소비 피크를 나타내고, 더 많은 저장 요소가 병렬로 활성화될수록, 전력 소비 피크는 점점 더 높아진다. 상기 전력 소비 피크는 저장 요소의 활성화뿐만 아니라, 저장 요소를 활성화하는 신호의 분배 및 출력 데이터 값의 변경에 의해 유도된 효과에 의해서도 발생하게 된다. 이러한 전력 소비 피크는 소정의 애플리케이션에서는 부적합하다. 예를 들면, 아날로그 또는 무선 주파수 요소가 전자 회로의 근처에 집적된 혼합형 신호 회로(mixed signal circuit)의 경우, 전원의 바운싱(bouncing)은 제어되어야 한다. 스마트 카드(smart card)에서 사용된 전자 회로의 경우, 전자기 방출의 레벨을 제어하기 위해서, 특히 비접촉 동작 동안에는 전력 소비 피크가 제어될 수 있어야 한다. 전자 회로에서 전력 소비 피크를 제어하는 것이 본 발명의 목적이다. 이러한 목적은 데이터 요소의 저장을 위한 복수의 저장 요소 및 복수의 저장 요소에 저장된 데이터 요소를 프로세싱하기 위한 복수의 프로세싱 요소를 포함하는 전자 회로에 의해 달성된다. 복수의 저장 요소 각각은 제 1 시점(time point) 세트 내의 각각의 시점에서 자신의 데이터 요소를 로딩하며, 상기 각각의 시점은 전력 소비 피크의 최대 허용치를 만족하기 위해 서로 상이하다. 각각의 저장 요소의 이 시점을 달리함으로써, 이들 저장 요소는 순차적으로 활성화된다. 따라서, 데이터 요소를 프로세싱하기 위해 대응하는 논리 회로 소자 또한 순차적으로 활성화된다. 전력 소비 피크에 대한 최대 허용치가 초과되지 않도록 시점의 차이를 변화시킴으로써, 전자 회로에서의 전력 소비 피크는 제어될 수 있다. 또한, 전력 소비 피크를 제어하기 위해 전원 장치의 전압이 감소될 필요는 없다. 본 발명은 비동기식(asynchronous) 전자 회로뿐만 아니라 동기식(synchronous) 전자 회로에 사용될 수 있다. 전력 소비 피크의 최대 허용치는 무엇보다도 전자 회로 유형 및 회로의 응용 분야에 의존한다. 데이터 요소를 프로세싱하기 위한 동기식 전자 회로는 1996년의 Proc. ICCAD(International Conf. Computer-Aided Design)의 페이지 395-399 상의 Ashok Vittal 등에 의한 논문 "Clock Skew Optimization for Ground Bounce Control"에 설명되어 있다. Vittal 등은 동기식 회로에서 접지 바운스의 양을 감소시키기 위한 방식을 설명한다. 목표 클록 주파수가 주어지면, 접지 바운스의 양이 최소화되는데, 즉, 높은 전류 피크가 가능한 한 더 많이 낮아진다. 이는, 실현 가능한 경우에, 상대 스큐(skew)로 동기식 클록을 복수의 서브 클록으로 하위 분할하는 것을 기반으로 한다. 이로써, 계산 작업이 시작 시점에서 대부분 수행되는 대신에 대부분의 클록 사이클에 걸쳐서 계산 작업이 분포하게 된다. 이러한 방법으로 인해서 가능한 한 스큐잉된(skewed) 단일 클록이 분배되며, 이로써 회로의 활동이 더욱 비동기화되어, 계속 만족되어야 하는 타이밍 제한 범위 내의 모든 것을 제외하고는 전력 소비 피크를 줄일 수 있다. 이 논문은 접지 바운스와 같은 최대 전력 소비 피크를 위한 특정 목표를 달성하는 방법과 이 상태하에서 회로의 성능을 최대화시키는 방법을 설명하고 있지 않다. US 6,262,612는 저장 요소에 저장된 데이터를 프로세싱하기 위한 디지털 회로를 설명한다. 공통 클록 신호를 사용하여 저장 요소를 클록킹하고, 클록 신호는 상이한 저장 요소에 대한 상이한 값으로 지연된다. 결과적으로, 공급 전류 피크는 감소한다. 그러나, 최대 전력 소비 피크를 위한 특정 목표를 달성하는 방법이 설명되어 있지 않다. US 6,363,007은 기록하는 동안 피크 전류를 감소시키는데 도움을 주는 자기 저항 메모리 장치를 기록하기 위한 방법을 설명한다. 자기 저항 메모리 장치는 복수의 워드(word)로 구성된 복수의 자기 저항 비트(bit)를 가진다. 한 워드에서의 모든 자기 저항 비트는 공통 워드 라인에 의해 선택되고, 특별한 워드에서 각각의 자기 저항 비트는 다른 디지털 라인에 의해 선택된다. 그러한 메모리를 기록하기 위해, 선택된 워드 라인 중의 하나는 원하는 워드에서의 모든 자기 저항 비트를 선택하도록 우선 활성화된다. 그 후, 원하는 워드에서 선택된 자기 저항 비트에 대응하는 디지털 라인이 순차적으로 활성화된다. 디지털 라인이 병렬로 활성화된다기보다는 순차적으로 활성화되기 때문에, 기록 동작 동안에 경험된 피크 전류는 감소한다. 이 방법을 사용하여, 1 세트의 비트가 자기 저항 메모리에 순차적으로 기록될 수 있다. 그러나, 이 문서는 플립 플롭(flip - flop) 또는 래치(latch)와 같은 저장 요소에 기반을 둔 회로의 순차적 활성화를 위한 방법을 설명하고 있지 않다. 이것은 또한 메모리에서 임의의 수의 비트를 가진 데이터 블록의 순차적 저장을 설명하고 있지 않다. 결국 상기 문서에서는 메모리 또는 전자 회로의 애플리케이션에 관하여 제어가 불가능한 전력 소비 피크가 검토되어 있지 않다. 발명의 개요 본 발명의 일실시예는 전자 회로가 주기적 클록 신호를 생성하는 클록 생성기(generator) 및 소스 클록 신호에 각각의 지연 정도(delay)를 부가함으로써 상기 각각의 저장 요소에 대한 상기 제 1 시점 세트 내의 시점을 생성하는 지연 요소를 더 포함하며, 상기 각각의 지연 정도는 서로 상이하며, 상기 클록 생성기의 주파수는 상기 데이터 요소를 프로세싱하는 동안에 데이터 무결성(data integrity)을 보장하도록 충분하게 낮은 것을 특징으로 한다. 통상적으로, 동기형 전자 회로는 회로의 타이밍 특성을 최적화함으로써 고성능 획득을 가능하게 한다. 그러나, 저장 요소들 내에 데이터 요소들을 병렬로 저장하면, 이로써 생성되는 전력 소비 피크는 특정 애플리케이션의 경우에는 너무 높게 될 수 있다. 적합한 지연 정도를 클록 신호에 부가함으로써, 전력 소비 피크가 제어될 수 있다. 클록 주파수는 전자 회로의 동작 동안 데이터 무결성을 보장하도록 충분하게 낮게 유지된다. 그러나, 성능 손실 정도는 전력 소비 피크의 최대 허용가능한 값 이하로의 감소에 의해서 상쇄될 수 있다. 본 발명의 일실시예는 전자 회로가 제 1 동작 모드에서 상기 제 1 시점 세트를 결정하는 타이밍 회로(timing circuit)를 더 포함하며, 상기 타이밍 회로는 상기 복수의 저장 요소 각각이 자신의 데이터 요소를 로딩하는 제 2 시점 세트를 제 2 동작 모드에서 결정하고, 상기 제 2 시점 세트 내의 각각의 시점은 본질적으로 동일하며, 상기 타이밍 회로는 제어 신호에 따라서 동작 모드를 선택하는 것을 특징으로 한다. 제어 신호를 사용함으로써, 저장 요소들은 병렬로 또는 순차적으로 활성화될 수 있으며 이로써 전력 소비 피크를 제어하는 것과 회로의 성능을 최대화하는 것이 절충되게 된다. 본 발명의 일실시예는 상기 타이밍 회로가 각각이 상기 제 1 시점 세트 내의 각각의 시점을 결정하는 복수의 주기적 클록 신호를 생성하는 제 1 클록 생성기와, 각각이 상기 제 2 시점 세트 내의 각각의 시점을 결정하는 복수의 주기적 클록 신호를 생성하는 제 2 클록 생성기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 2 개의 상이한 클록을 사용하는 것은 동기형 회로에서 2 개의 시점 세트를 생성하는 상대적으로 간단한 방법이다. 전자 회로의 동작 동안 데이터 무결성을 보장하기 위해서 제 2 클록 생성기의 주파수는 제 1 클록 생성기의 주파수에 비해 감소될 수 있다. 본 발명의 일실시예는 전자 회로가 소스 클록 신호에 각각의 지연 정도를 부가함으로써 상기 각각의 저장 요소에 대한 상기 제 1 시점 세트 내의 시점을 생성하는 지연 요소를 더 포함하며, 상기 각각의 지연 정도가 서로 상이한 것을 특징으로 한다. 클록 신호를 지연하는 방식은 동기형 회로에서 상이한 시점들을 생성하는 상대적으로 간단한 방식이다. 본 발명의 일실시예는 상기 타이밍 회로가 복수의 주기적 클록 신호를 생성하는 클록 생성기를 포함하되, 상기 복수의 주기적 클록 신호 중 각각의 주기적 클록 신호는, 상기 제어 신호에 따라, 상기 제 1 시점 세트 또는 상기 제 2 시점 세트 내의 각각의 시점을 결정하는 것을 특징으로 한다. 이 실시예의 장점은 제 1 시점 세트 또는 제 2 시점 세트 내의 시점을 생성하기 위해서 오직 하나의 클록 생성기만이 필요하다는 것이다. 본 발명의 일실시예는 상기 전자 회로가 셀프-타이밍형 회로(self - timed circuit)이며, 상기 복수의 저장 요소와 상기 복수의 프로세싱 요소 간의 통신을 위한 핸드쉐이크 채널(handshake channel)과, 상기 데이터 요소를 로딩하도록 하는 요청 신호에 서로 상이한 각각의 지연 정도를 부가함으로써 상기 각각의 저장 요소에 대한 상기 제 1 시점 세트 내의 시점을 생성하는 지연 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 요청 신호를 지연하는 방식은 저장 요소에 대해서 서로 상이한 시점을 구현하는 상대적으로 간단한 방식이다. 이 셀프-타이밍형 회로의 장점은 데이터가 데이터의 타당성 및 허용성을 표시하는 핸드쉐이크를 사용하여 교환되며 이로써 동기형 전자 회로에 비해서 전력 소모량이 감소된다는 것이다. 본 발명의 일실시예는 상기 전자 회로가 셀프-타이밍형 회로이며, 상기 복수의 저장 요소와 상기 복수의 프로세싱 요소 간의 통신을 위한 핸드쉐이크 채널과, 제 1 동작 모드에서 데이터 요소를 로딩하도록 하는 요청 신호를 수신하여, 상기 제 1 시점 세트 내의 각각의 시점에서 데이터 요소를 로딩하도록 하는 요청 신호를 상기 복수의 저장 요소 중 각각의 저장 요소에 대해서 생성하는 제 1 핸드쉐이크 구성 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 실시예의 장점은 단일 핸드쉐이크 구성 요소로 몇 개의 저장 요소들을 순차적으로 활성화시킬 수 있다는 것이다. 본 발명의 일실시예는 전자 회로가 제 2 동작 모드에서 데이터 요소를 로딩하도록 하는 요청 신호를 수신하여, 데이터 요소를 로딩하도록 하는 요청 신호를 상기 복수의 저장 요소 중 각각의 저장 요소에 대해서 생성하는 제 2 핸드쉐이크 구성 요소를 더 포함하며, 상기 요청 신호들은 본질적으로 동일한 시점에서 생성되고, 상기 전자 회로는 제어 신호에 따라서 동작 모드를 선택하는 것을 특징으로 한다. 제어 신호를 사용하여, 저장 요소들이 병렬로 또는 순차적으로 활성화될 수 있으며, 이로써 전력 소비 피크를 감소시키는 정도와 셀프-타이밍형 전자 회로의 성능을 증가시키는 정도가 서로 절충된다. 본 발명에 따른 데이터 요소를 프로세싱하는 방법은 제 1 동작 모드에서, 복수의 데이터 저장 요소 중 각각의 저장 요소 내에 데이터 요소를 저장하기 위한 제 1 시점 세트를 결정하는 단계와, 각각의 데이터 요소에 대해서 각각의 논리 연산을 각각 수행함으로써 출력 데이터 요소를 생성하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 각각의 저장 요소가 자신의 데이터 요소를 로딩하는 상기 제 1 시점 세트 내의 시점들은 전력 소비 피크의 최대 허용가능한 값을 만족하도록 서로 상이하다. 전력 소비 피크는 저장 요소의 순차적 활성화에 의해서 제어된다. 결과적인 성능 손실은 허용가능하며 전력 소비 피크의 최대 허용가능한 값 이하로의 감소 정도에 의해서 상쇄될 수 있다. 본 발명의 일실시예는 상기 방법이 제 2 동작 모드에서, 상기 복수의 저장 요소 중 각각의 저장 요소 내에 데이터 요소를 저장하기 위한 제 2 시점 세트를 결정하는 단계로서, 상기 각각의 저장 요소가 자신의 데이터 요소를 로딩하는 상기 제 2 시점 세트 내의 시점들은 본질적으로 동일한, 단계와, 제어 신호에 따라서 동작 모드를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 실시예의 장점은 전력 소비 피크를 제어하는 정도와 전자 회로의 성능을 최대화시키는 정도가 서로 절충될 수 있다는 것이다.