서강대학교 전자공학과

류성주 교수 연구팀,

반도체 설계 자동화 분야 Premier Conference ‘DATE 2025’ 논문 채택

 (왼쪽부터) 김상연 석박통합과정, 김현민 석사과정, 류성주 시스템반도체공학과/전자공학과 교수

본교 전자공학과 석박사통합과정 김상연, 석사과정 김현민 (지도교수 류성주)이 반도체 설계 자동화 분야 우수 학술대회인 ‘Design, Automation and Test in Europe (이하 DATE) 2025’에서 논문을 발표하게 되었다.

논문의 제목은 "Thanos: Energy-Efficient Keyword Spotting Processor with Hybrid Time-Feature-Frequency-Domain Zero-Skipping"이며, 김상연 석박통합과정생의 주도 하에 김현민 석사과정생이 함께 연구를 진행하였다.

키워드 검출 (Keyword spotting) 기술은 사용자가 특정 명령어를 음성으로 말했을 때 이를 인식하는 기술로, 개인화된 가상 비서나 스마트 디바이스와 같은 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 그러나 이러한 키워드 감지 시스템은 항상 활성 상태를 유지해야 하므로 에지 (Edge) 디바이스의 전력 소비에 문제가 발생한다. 특히 기존 키워드 검출 기술에서는 전체 과정 중 전처리 (Pre-processing) 단계에서 상당한 전력을 소모하고 있음이 관찰되었다.

본 연구팀은 음성 신호의 희소성 (Sparsity) 특성을 기반으로 하드웨어 설계를 최적화하여 키워드 감지의 전력 효율성을 획기적으로 향상시켰다. 구체적으로,

1) 특징 영역 (Feature-domain, 음성이 발화되는 시간에 대한 영역)에서 낮은 에너지를 갖는 음성 신호가 대부분일 경우 연산을 수행하지 않고 즉시 종료(Early exit)하는 알고리즘,

2) 시간 영역 (Time-domain)에서 낮은 에너지를 갖는 영역을 감지하여 연계된 연산을 생략 (Skipping)하는 메커니즘,

3) 주파수 영역 (Frequency-domain)에서 낮은 에너지를 갖거나 음성 신호가 아니라고 판단한 부분을 생략 (Skipping)하는 방법을 하드웨어로 구현하였다.

제안한 Hybrid time-feature-frequency-domain Zero-skipping 구조의 개요

이러한 기술을 적용한 ‘Thanos’ 하드웨어 아키텍처는 기존 구조 대비 저지연 (Low latency)과 저에너지소비 (Low energy consumption)를 달성하였다.

한편 DATE는 BK21 및 한국정보과학회가 인정하는 컴퓨터 과학(Computer Science) 분야의 우수 국제 학술대회로 선정된 바가 있다. DATE 2025는 오는 2025년 3월 31일부터 4월 2일까지 프랑스 리옹에서 개최될 예정이다.

▶ 논문제목: Thanos: Energy-Efficient Keyword Spotting Processor with Hybrid Time-Feature-Frequency-Domain Zero-Skipping

▶ 저자 정보: 김상연(제 1저자), 김현민(제 2저자), 류성주 교수(교신저자)