공간빅데이터체계 구축, 활용 정책방향

노트 : [특집 | 공간빅데이터와 새로운 국토가치 창출 1

DNA metabarcoding 을 이용한 수생환경에서의 생물정보학적 연구

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 자연과학대학 생명과학부, 2020. 8. 김원.The development of next-generation sequencing technology has led to the advent of DNA metabarcoding that identify many organisms in the mixture or environmental samples at once. This approach enables the efficient acquisition of large amounts of biological data, and has the ability to evaluate the biodiversity and community structure of ecosystems. With the importance of DNA metabarcoding recognized, many research projects are already actively underway in other countries. However, compared with the research trends of DNA metabarcoding around the world, researches of DNA metabarcoding in Korea are more basic and limited in scope. This dissertation reports three case studies of the aquatic environments that were conducted using DNA metabarcoding to compensate for the drawbacks of domestic research trends in DNA metabarcoding. The final objective of this study is to apply DNA metabarcoding approach to various case studies in aquatic environments. Based on this, it is to understand and explain the biological phenomena of aquatic environments with metadata produced DNA metabarcoding. Each chapter of the dissertation was organized according to the case study. In Chapter 1, DNA metabarcoding was newly applied along with the traditional morphological identification to establish a method for zooplankton community survey in the Marine and Coastal National Park areas of Korea. By comparing the results of these two identification methods, the strengths and limitations of DNA metabarcoding were verified with the zooplankton communities appearing in these areas. The sensitive detection capability of DNA metabarcoding enabled the identification of potential bioindicator taxa associated with external factors in these national parks. I propose the use of metabarcoding for efficient surveys of mesozooplankton communities in the Marine and Coastal National Parks to establish monitoring of bioindicator taxa. It is also necessary to continuously search for taxa with high research value in these national parks using metabarcoding. Establishing an ongoing monitoring system that employs this approach can provide an effective tool for managing marine ecosystems in the Marine and Coastal National Parks. In Chapter 2, the association between family of crabs and feeding behavior on their intestinal microbiomes of Korean crabs was confirmed using DNA metabarcoding. With the metadata of the intestinal microbiome in the crabs, the controversial phylogenetic relationship between the superfamilies Ocypodoidea and Grapsoidea was newly interpreted. It was confirmed that the intestinal microbiome differed according to the family of crabs and specific microbial operational taxonomic units (OTUs) related to the evolution of Malacostraca were indentified. Intestinal microbial biodiversity and community were found to differ according to the feeding behavior. The function and role of intestinal microbiomes associated with the feeding behavior were predicted. These results were inferred to be related to the type of food available to hosts and its nutritional characteristics. In Chapter 3, as a case study, microeukaryotic biodiversity and community structures of car bonnet and pig carcass were investigated to determine the applicability of DNA metabarcoding in drowning case. Pig carcass was used to simulate the decomposing process of drowning bodies. As a control, car bonnet was used to confirm the general process of succession occurring in aquatic environments. Using DNA metabarcoding, I confirmed that the microeukaryotic biodiversity in pig carcass was relevantly lower than that in car bonnet. Also, some taxa were related to the decomposition. The relative abundances of these taxa varied with the decomposition period. It is expected that the change pattern of these taxa may be used as a good indicator for estimating the postmortem submersion interval (PMSI) of drowning cases. This dissertation includes manuscripts that were submitted to peer-reviewed journals during my Ph.D. course.NGS 기술의 발달로, 혼합된 샘플이나 환경샘플에서 많은 생물을 한번에 식별할 수 있는 DNA metabarcoding 이 등장하였다. 이러한 방법은 대량의 생물학적 데이터를 효율적으로 획득할 수 있으며, 생태계의 생물다양성과 군집구조를 평가할 수 있다. DNA metabarcoding 의 중요성을 일찍이 인지하고 이미 국외의 경우, 많은 연구프로젝트가 이미 활발히 진행되고 있다. 그러나 국외의 연구동향과 비교하였을 때, 국내의 DNA meteabarcoding 연구는 기초적이고 연구범위가 제한적이다. 본 학위논문은 이러한 국내 연구동향의 단점들을 보완하기 위해 수생환경에서의 세가지 사례연구에 DNA metabarcoding 을 적용하였다. 이 학위논문의 최종목표는 DNA metabarcoding 을 이용하여 생산된 DNA 메타데이터로 수생환경에서의 생명현상을 설명하고 이해하는 것이다. 본 학위논문의 각 장은 사례연구 별로 구성하였다. 제 1 장에서는 한국의 해상∙해안국립공원 지역의 동물 플랑크톤군집의 조사 방법을 확립하기 위해 기존의 형태학적 식별과 함께 DNA metabarcoding 을 새롭게 적용하였다. 공원지역에서 출현하는 동물플랑크톤 군집을 대상으로 두 가지 식별방법의 결과들을 비교하여 DNA metabarcoding 의 장, 단점을 확인하였다. 또한, DNA metabarcoding 의 민감한 탐지능력은 국립공원에서의 수온, 염도, 지형, 엽록소 농도와 같은 외부요인과 연관된 잠재적인 생물지표 분류군을 식별할 수 있게 하였다. 이를 기반으로 한국의 해상∙해안국립공원 지역의 동물 플랑크톤군집을 효율적으로 조사하기 위해서는 DNA metabarcoding 을 사용한 잠재적인 생물지표 분류군을 모니터링을 할 것을 제안한다. 또한 DNA metabarcoding 은 이러한 국립 공원 지역에서 연구 가치가 높은 분류군을 지속적으로 탐색할 수 있는 도구로 이용 될 수 있다. DNA metabarcoding 을 이용한 이러한 접근 방법을 기반으로 한 지속적인 모니터링 시스템의 구축은 해상 ∙ 해안 국립 공원의 해양 생태계 관리를 위한 효과적인 도구를 제공 할 수 있다. 제 2 장에서는 DNA metabarcoding 을 이용하여 조간대에서 서식하는 게 장내미생물 군집과 게의 과, 먹이습성간의 관계를 규명하였다. 게 장내미생물의 메타데이터를 기반으로 기존의 논란이 있었던 바위게상과와 달랑게상과간의 계통학적 관계를 새롭게 해석하였다. 게의 과 수준 에 따라 게 장내미생물의 군집이 서로 다른 것을 확인하였으며, 그 중 일부 게의 과에서 연갑류의 진화와 연관된 장내미생물 OTUs 를 발견하였다. 먹이습성에 따른 게 장내미생물의 생물다양성과 군집이 서로 다름을 확인하였으며, 이와 관련된 장내미생물의 기능과 역할을 예측하였다. 이러한 결과는 게의 섭취할 수 있는 먹이의 유형과 영양적인 특징과 연관이 있음이 유추되었다. 제 3 장에서는 사례연구로써, 익사사건에서의 DNA metabarcoding 의 적용가능성을 확인하고자 DNA metabarcoding 을 이용하여 자동차 보닛과 익사한 돼지의 미소진핵생물의 생물다양성과 군집구조를 조사하였다. 돼지 사체는 익사체의 부패과정을 가정하기 위해 사용하였다. 대조군으로써, 자동차 보닛은 수생환경에서 발생하는 일반적인 천이과정을 확인하기 위해 사용하였다. DNA metabarcoding 을 사용함으로써 돼지사체의 미소진핵생물의 생물다양성은 자동차 보닛의 생물다양성보다 낮음을 확인하였다. 또한 부패와 연관이 있는 분류군들이 파악되었으며, 부패시기에 따라 상대적인 풍부도가 변화하는 것이 확인되었다. 이러한 변화패턴은 익사사건의 사후시간을 추정하기 위한 좋은 생물지표로 사용할 수 있을 것으로 기대된다. 본 학위논문 내용은 학위 과정 중 저널에 투고한 원고를 포함하였다.General introduction 3 Biodiversity and community structure of mesozooplankton in the Marine and Coastal National Park areas of Korea 11 1.1 Introduction 11 1.2 Materials and Methods 14 1.3 Results 21 1.4 Discussion 41 Association between host traits and the intestinal microbiome of Korean crabs 51 2.1 Introduction 51 2.2 Materials and Methods 54 2.3 Results 61 2.4 Discussion 86 Preliminary study on microeukaryotic community analysis using DNA metabaracoding to determine postmortem submersion interval (PMSI) in the drowned pig 93 3.1 Introduction 93 3.2 Materials and Methods 96 3.3 Results 100 3.4 Discussion 112 Conclusions 123 References 125 Abstract in Korean 157 Appendix 163Docto

Characterization of emulsion-filled chitosan-pectin hydrogel prepared by cold-set gelation

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 농업생명과학대학 농생명공학부, 2021.8. 장판식.수중유적형 에멀젼은 친유성 생리활성 물질의 운반체로서 널리 사용되어오고 있다. 그러나 에멀젼은 소화과정 중 불안정화가 발생하고 이는 생리활성 물질의 생체이용률에 영향을 미치게 된다. 최근 운반 시스템을 활용하여 위장관 내 에서 에멀젼의 안정성을 향상시키고 생리활성물질의 생체이용률을 높이기 위한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 산성조건에서 화학적 물질을 사용하지 않고 cold-set 겔화를 이용한 에멀젼-함입 하이드로겔을 제조하였다. 키토산과 펙틴을 하이드로겔 구조체로서 사용하고 카제인 나트륨을 유화제로서 사용하였다. 점탄성 측정을 통해 펙틴 농도가 0.75-1.50% (w/v) 범위에서 증가함에 따라 저장탄성률이 증가하였다. 미세구조 관찰결과, 펙틴 농도 증가에 따라 하이드로겔 내부 기공의 크기가 감소하고 더 조밀한 하이드로겔 구조가 생성되는 것을 확인하였다. FT-IR 분석을 이용하여 에멀젼-함입 하이드로겔을 구성하는 키토산과 펙틴간의 결합을 규명하였다. 키토산과 펙틴간의 수소결합과 정전기적결합은 각각 3,326 cm-1 과 1,500-1,600 cm-1 에 존재함을 확인하였다. 또한 하이드로겔 내부에 에멀젼의 존재 유무는 하이드로겔을 구성하는 고분자간의 결합에 영향을 주지 않았다. 하이드로겔 구조체로부터 에멀젼은 pH 2.0에서 방출되지 않은 반면 pH 7.4에서는 하이드로겔이 붕괴되면서 에멀젼이 방출되는 것을 관찰하였다. 또한 에멀젼-함입 하이드로겔의 방출특성은 펙틴농도에 영향을 받는 것을 확인하였다. 소화모델 내에서 에멀젼 및 에멀젼-함입 하이드로겔로부터 생성되는 자유지방산을 평가하였다. 에멀젼-함입 하이드로겔에서 방출된 자유지방산은 0.75, 1.00, 1.25 그리고 1.50% 펙틴농도에서 각각 58.67, 55.88, 48.87 및 43.76% 였다. 에멀젼과 비교하였을 때, 0.75% 펙틴을 함유하는 에멀젼-함입 하이드로겔에서의 방출된 자유지방산의 양이 에멀젼보다 더 높았다. 공초점 레이저 주사현미경을 이용하여 소화모델 내 구강 단계 및 위장 단계에서 에멀젼이 하이드로겔 구조체에 의해 불안정해 지지 않은 것을 관찰 하였다. 커큐민을 지용성 생리활성물질의 지표물질로서 사용하여 소장소화 후 bioaccessibility를 평가하였다. 에멀젼-함입 하이드로겔에 포집된 커큐민의 bioaccessibility는 펙틴 농도가 증가함에 따라 감소하였고 0.75% 펙틴 농도를 함유한 에멀젼-함입 하이드로겔에서 에멀젼에 함입되었을 때 보다 1.38배 증가하는 결과가 나타났다. 본 연구에서 에멀젼 함입 하이드로겔은 위장관 내에서 에멀젼의 안정성을 개선함으로써 생리활성물질의 bioaccessibility를 향상시킨 것을 입증했다. 결론적으로 에멀젼-함입 하이드로겔은 식품산업에서 친유성 생리활성물질들 위한 운반 시스템으로서 활용될 것으로 사료된다.Oil-in-water (O/W) emulsions are widely utilized as a carrier for a lipophilic bioactive compound. However, destabilization of emulsion occurs during digestion, affecting on bioaccessibility of the lipophilic compound. Recently, delivery systems have been developed to improve the stability of emulsion within gastrointestinal (GI) tract and enhance the bioaccessibility of bioactive compounds. In this study, emulsion-filled hydrogel (EFH) was prepared through cold-set gelation under acidic conditions without any chemical agents. Chitosan and pectin were used as a hydrogel matrix and sodium caseinate as an emulsifier. The oscillation frequency sweep test showed that the elasticity (G') increased as pectin concentration increased (0.75-1.50%, w/v). Moreover, all EFH exhibited weak gel properties. Scanning electron microscope was used to observe the changes in the structure of EFH with different pectin concentrations. The microstructure of EFH showed that pore size decreased as the pectin concentration increased, indicating that the hydrogel networks of EFH became more compact as pectin concentration increased. FT-IR analysis was used to verify the interaction between chitosan and pectin in EFH. The hydrogen bond and electrostatic interaction between chitosan and pectin are assigned to 3,326 cm-1 and 1,500-1,600 cm-1, respectively. There was no significant difference depending on the presence or absence of the emulsion in the range from 1,500 to 1,800 cm-1, suggesting that the addition of emulsion did not affect the interaction between the polymers, which constitutes the hydrogel matrix. Release profile of emulsion indicated that the hydrogel matrix prevented the release of emulsion at pH 2.0. On the other hand, the emulsion was released at pH 7.4. Moreover, release rate and release amount of emulsion were influenced by the pectin concentration. The release of emulsion reduced as pectin concentration increased. During in vitro digestion, the free fatty acid release in EFH was 58.67, 55.88, 48.87, and 43.76% at pectin concentrations of 0.75, 1.00, 1.25, and 1.50%, respectively. The amount of free fatty acids was decreased as the pectin concentration increased. Compared with emulsion, the free fatty acid release in EFH with 0.75% pectin was significantly higher than that of emulsion (p < 0.05). Confocal laser scanning microscopy images showed that the hydrogel matrix protected the emulsion from destabilization within the oral and gastric stages. The bioaccessibility of curcumin, a model lipophilic compound, decreased as the pectin concentration increased, and the bioaccessibility in EFH with 0.75% pectin (23.95 ± 0.8%) was 1.38 fold higher than that in emulsion (17.25 ± 2.1%). Therefore, this study demonstrated that EFH improves emulsion stability in GI tract and enhances the bioaccessibility of lipophilic compound. Therefore, EFH is a potential carrier system for lipophilic bioactive compounds in the food industry.1. Introduction 1 2. Materials and Methods 4 2.1. Materials 4 2.2. Preparation of emulsion-filled hydrogel 4 2.2.1. Emulsion 4 2.2.2. Emulsion-filled hydrogel 5 2.3. Rheological properties of emulsion-filled hydrogel 5 2.3.1. Oscillation frequency sweep test 5 2.3.2. Texture profile analysis 6 2.4. Scanning electron microscopy 7 2.5. Fourier-transform infrared spectroscopy 7 2.6. Release profile of emulsion from hydrogel 8 2.7. Confocal laser scanning microscopy 8 2.8. In vitro digestion model 9 2.9. Bioaccessibility determination 11 2.10. Statistical analysis 12 3. Results and Discussion 13 3.1. Fabrication of emulsion-filled hydrogel 13 3.2. Rheological properties of emulsion-filled hydrogel 18 3.3. Scanning electron microscopy 25 3.4. FT-IR analysis 27 3.5. Release properties of emulsion from hydrogel matrix 30 3.6. Free fatty acid release from emulsion-filled hydrogel 35 3.7. Bioaccessibility of curcumin 40 4. Conclusion 43 5. Reference 44 국문초록 55석

근사 컴퓨팅을 이용한 회로 노화 보상과 에너지 효율적인 신경망 구현

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·정보공학부, 2020. 8. 이혁재.Approximate computing reduces the cost (energy and/or latency) of computations by relaxing the correctness (i.e., precision) of computations up to the level, which is dependent on types of applications. Moreover, it can be realized in various hierarchies of computing system design from circuit level to application level. This dissertation presents the methodologies applying approximate computing across such hierarchies; compensating aging-induced delay in logic circuit by dynamic computation approximation (Chapter 1), designing energy-efficient neural network by combining low-power and low-latency approximate neuron models (Chapter 2), and co-designing in-memory gradient descent module with neural processing unit so as to address a memory bottleneck incurred by memory I/O for high-precision data (Chapter 3). The first chapter of this dissertation presents a novel design methodology to turn the timing violation caused by aging into computation approximation error without the reliability guardband or increasing the supply voltage. It can be realized by accurately monitoring the critical path delay at run-time. The proposal is evaluated at two levels: RTL component level and system level. The experimental results at the RTL component level show a significant improvement in terms of (normalized) mean squared error caused by the timing violation and, at the system level, show that the proposed approach successfully transforms the aging-induced timing violation errors into much less harmful computation approximation errors, therefore it recovers image quality up to perceptually acceptable levels. It reduces the dynamic and static power consumption by 21.45% and 10.78%, respectively, with 0.8% area overhead compared to the conventional approach. The second chapter of this dissertation presents an energy-efficient neural network consisting of alternative neuron models; Stochastic-Computing (SC) and Spiking (SP) neuron models. SC has been adopted in various fields to improve the power efficiency of systems by performing arithmetic computations stochastically, which approximates binary computation in conventional computing systems. Moreover, a recent work showed that deep neural network (DNN) can be implemented in the manner of stochastic computing and it greatly reduces power consumption. However, Stochastic DNN (SC-DNN) suffers from problem of high latency as it processes only a bit per cycle. To address such problem, it is proposed to adopt Spiking DNN (SP-DNN) as an input interface for SC-DNN since SP effectively processes more bits per cycle than SC-DNN. Moreover, this chapter resolves the encoding mismatch problem, between two different neuron models, without hardware cost by compensating the encoding mismatch with synapse weight calibration. A resultant hybrid DNN (SPSC-DNN) consists of SP-DNN as bottom layers and SC-DNN as top layers. Exploiting the reduced latency from SP-DNN and low-power consumption from SC-DNN, the proposed SPSC-DNN achieves improved energy-efficiency with lower error-rate compared to SC-DNN and SP-DNN in same network configuration. The third chapter of this dissertation proposes GradPim architecture, which accelerates the parameter updates by in-memory processing which is codesigned with 8-bit floating-point training in Neural Processing Unit (NPU) for deep neural networks. By keeping the high precision processing algorithms in memory, such as the parameter update incorporating high-precision weights in its computation, the GradPim architecture can achieve high computational efficiency using 8-bit floating point in NPU and also gain power efficiency by eliminating massive high-precision data transfers between NPU and off-chip memory. A simple extension of DDR4 SDRAM utilizing bank-group parallelism makes the operation designs in processing-in-memory (PIM) module efficient in terms of hardware cost and performance. The experimental results show that the proposed architecture can improve the performance of the parameter update phase in the training by up to 40% and greatly reduce the memory bandwidth requirement while posing only a minimal amount of overhead to the protocol and the DRAM area.근사 컴퓨팅은 연산의 정확도의 손실을 어플리케이션 별 적절한 수준까지 허용함으로써 연산에 필요한 비용 (에너지나 지연시간)을 줄인다. 게다가, 근사 컴퓨팅은 컴퓨팅 시스템 설계의 회로 계층부터 어플리케이션 계층까지 다양한 계층에 적용될 수 있다. 본 논문에서는 근사 컴퓨팅 방법론을 다양한 시스템 설계의 계층에 적용하여 전력과 에너지 측면에서 이득을 얻을 수 있는 방법들을 제안하였다. 이는, 연산 근사화 (computation Approximation)를 통해 회로의 노화로 인해 증가된 지연시간을 추가적인 전력소모 없이 보상하는 방법과 (챕터 1), 근사 뉴런모델 (approximate neuron model)을 이용해 에너지 효율이 높은 신경망을 구성하는 방법 (챕터 2), 그리고 메모리 대역폭으로 인한 병목현상 문제를 높은 정확도 데이터를 활용한 연산을 메모리 내에서 수행함으로써 완화시키는 방법을 (챕터3) 제안하였다. 첫 번째 챕터는 회로의 노화로 인한 지연시간위반을 (timing violation) 설계마진이나 (reliability guardband) 공급전력의 증가 없이 연산오차 (computation approximation error)를 통해 보상하는 설계방법론 (design methodology)를 제안하였다. 이를 위해 주요경로의 (critical path) 지연시간을 동작시간에 정확하게 측정할 필요가 있다. 여기서 제안하는 방법론은 RTL component와 system 단계에서 평가되었다. RTL component 단계의 실험결과를 통해 제안한 방식이 표준화된 평균제곱오차를 (normalized mean squared error) 상당히 줄였음을 볼 수 있다. 그리고 system 단계에서는 이미지처리 시스템에서 이미지의 품질이 인지적으로 충분히 회복되는 것을 보임으로써 회로노화로 인해 발생한 지연시간위반 오차가 에러의 크기가 작은 연산오차로 변경되는 것을 확인 할 수 있었다. 결론적으로, 제안된 방법론을 따랐을 때 0.8%의 공간을 (area) 더 사용하는 비용을 지불하고 21.45%의 동적전력소모와 (dynamic power consumption) 10.78%의 정적전력소모의 (static power consumption) 감소를 달성할 수 있었다. 두 번째 챕터는 근사 뉴런모델을 활용하는 고-에너지효율의 신경망을 (neural network) 제안하였다. 본 논문에서 사용한 두 가지의 근사 뉴런모델은 확률컴퓨팅과 (stochastic computing) 스파이킹뉴런 (spiking neuron) 이론들을 기반으로 모델링되었다. 확률컴퓨팅은 산술연산들을 확률적으로 수행함으로써 이진연산을 낮은 전력소모로 수행한다. 최근에 확률컴퓨팅 뉴런모델을 이용하여 심층 신경망 (deep neural network)를 구현할 수 있다는 연구가 진행되었다. 그러나, 확률컴퓨팅을 뉴런모델링에 활용할 경우 심층신경망이 매 클락사이클마다 (clock cycle) 하나의 비트만을 (bit) 처리하므로, 지연시간 측면에서 매우 나쁠 수 밖에 없는 문제가 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 스파이킹 뉴런모델로 구성된 스파이킹 심층신경망을 확률컴퓨팅을 활용한 심층신경망 구조와 결합하였다. 스파이킹 뉴런모델의 경우 매 클락사이클마다 여러 비트를 처리할 수 있으므로 심층신경망의 입력 인터페이스로 사용될 경우 지연시간을 줄일 수 있다. 하지만, 확률컴퓨팅 뉴런모델과 스파이킹 뉴런모델의 경우 부호화 (encoding) 방식이 다른 문제가 있다. 따라서 본 논문에서는 해당 부호화 불일치 문제를 모델의 파라미터를 학습할 때 고려함으로써, 파라미터들의 값이 부호화 불일치를 고려하여 조절 (calibration) 될 수 있도록 하여 문제를 해결하였다. 이러한 분석의 결과로, 앞 쪽에는 스파이킹 심층신경망을 배치하고 뒷 쪽애는 확률컴퓨팅 심층신경망을 배치하는 혼성신경망을 제안하였다. 혼성신경망은 스파이킹 심층신경망을 통해 매 클락사이클마다 처리되는 비트 양의 증가로 인한 지연시간 감소 효과와 확률컴퓨팅 심층신경망의 저전력 소모 특성을 모두 활용함으로써 각 심층신경망을 따로 사용하는 경우 대비 우수한 에너지 효율성을 비슷하거나 더 나은 정확도 결과를 내면서 달성한다. 세 번째 챕터는 심층신경망을 8비트 부동소숫점 연산으로 학습하는 신경망처리유닛의 (neural processing unit) 파라미터 갱신을 (parameter update) 메모리-내-연산으로 (in-memory processing) 가속하는 GradPIM 아키텍쳐를 제안하였다. GradPIM은 8비트의 낮은 정확도 연산은 신경망처리유닛에 남기고, 높은 정확도를 가지는 데이터를 활용하는 연산은 (파라미터 갱신) 메모리 내부에 둠으로써 신경망처리유닛과 메모리간의 데이터통신의 양을 줄여, 높은 연산효율과 전력효율을 달성하였다. 또한, GradPIM은 bank-group 수준의 병렬화를 이루어 내 높은 내부 대역폭을 활용함으로써 메모리 대역폭을 크게 확장시킬 수 있게 되었다. 또한 이러한 메모리 구조의 변경이 최소화되었기 때문에 추가적인 하드웨어 비용도 최소화되었다. 실험 결과를 통해 GradPIM이 최소한의 DRAM 프로토콜 변화와 DRAM칩 내의 공간사용을 통해 심층신경망 학습과정 중 파라미터 갱신에 필요한 시간을 40%만큼 향상시켰음을 보였다.Chapter I: Dynamic Computation Approximation for Aging Compensation 1 1.1 Introduction 1 1.1.1 Chip Reliability 1 1.1.2 Reliability Guardband 2 1.1.3 Approximate Computing in Logic Circuits 2 1.1.4 Computation approximation for Aging Compensation 3 1.1.5 Motivational Case Study 4 1.2 Previous Work 5 1.2.1 Aging-induced Delay 5 1.2.2 Delay-Configurable Circuits 6 1.3 Proposed System 8 1.3.1 Overview of the Proposed System 8 1.3.2 Proposed Adder 9 1.3.3 Proposed Multiplier 11 1.3.4 Proposed Monitoring Circuit 16 1.3.5 Aging Compensation Scheme 19 1.4 Design Methodology 20 1.5 Evaluation 24 1.5.1 Experimental setup 24 1.5.2 RTL component level Adder/Multiplier 27 1.5.3 RTL component level Monitoring circuit 30 1.5.4 System level 31 1.6 Summary 38 Chapter II: Energy-Efficient Neural Network by Combining Approximate Neuron Models 40 2.1 Introduction 40 2.1.1 Deep Neural Network (DNN) 40 2.1.2 Low-power designs for DNN 41 2.1.3 Stochastic-Computing Deep Neural Network 41 2.1.4 Spiking Deep Neural Network 43 2.2 Hybrid of Stochastic and Spiking DNNs 44 2.2.1 Stochastic-Computing vs Spiking Deep Neural Network 44 2.2.2 Combining Spiking Layers and Stochastic Layers 46 2.2.3 Encoding Mismatch 47 2.3 Evaluation 49 2.3.1 Latency and Test Error 49 2.3.2 Energy Efficiency 51 2.4 Summary 54 Chapter III: GradPIM: In-memory Gradient Descent in Mixed-Precision DNN Training 55 3.1 Introduction 55 3.1.1 Neural Processing Unit 55 3.1.2 Mixed-precision Training 56 3.1.3 Mixed-precision Training with In-memory Gradient Descent 57 3.1.4 DNN Parameter Update Algorithms 59 3.1.5 Modern DRAM Architecture 61 3.1.6 Motivation 63 3.2 Previous Work 65 3.2.1 Processing-In-Memory 65 3.2.2 Co-design Neural Processing Unit and Processing-In-Memory 66 3.2.3 Low-precision Computation in NPU 67 3.3 GradPIM 68 3.3.1 GradPIM Architecture 68 3.3.2 GradPIM Operations 69 3.3.3 Timing Considerations 70 3.3.4 Update Phase Procedure 73 3.3.5 Commanding GradPIM 75 3.4 NPU Co-design with GradPIM 76 3.4.1 NPU Architecture 76 3.4.2 Data Placement 79 3.5 Evaluation 82 3.5.1 Evaluation Methodology 82 3.5.2 Experimental Results 83 3.5.3 Sensitivity Analysis 88 3.5.4 Layer Characterizations 90 3.5.5 Distributed Data Parallelism 90 3.6 Summary 92 3.6.1 Discussion 92 Bibliography 113 요약 114Docto

Mass Incidents and Government Responses in China

학위논문 (석사)-- 서울대학교 국제대학원 국제학과, 2017. 8. 조영남.1. 序论 1 1.1 研究问题及研究意义 1 1.2 文献综述 3 1.3 研究方法 11 1.3.1 研究方法 11 1.3.2 理论及分析框架 11 1.3.3 资料 15 1.4 论文结构 16 2. 群体性事件的基本类型与发展趋势 17 2.1 群体性事件的概念演变 18 2.2 群体性事件的基本类型与发展趋势 21 2.2.1 有关农村问题的群体性事件基本类型 27 2.2.2 有关城市问题的群体性事件基本类型 31 2.3 群体性事件的空间与时间分布 34 3. 农村地区的群体性事件 37 3.1 资源争夺 38 3.1.1 问题背景 38 3.1.2 个案分析：2004年羊村8.19村庄械斗 38 3.2 农民负担 43 3.2.1 问题背景 43 3.2.2 个案分析：1993年丁作明惨案 48 3.3 征地补偿 52 3.3.1 问题背景 52 3.3.2 个案分析：2005年定州事件 58 3.4 小结 63 4. 城市地区的群体性事件 65 4.1 国企改制 65 4.1.1 问题背景 65 4.1.2 个案分析：2005年重庆特钢厂事件 68 4.2 劳资纠纷 77 4.2.1 问题背景 77 4.2.2 个案分析：2006年澳利威（烟台）工人罢工事件 81 4.3 强制拆迁 87 4.3.1 问题背景 87 4.3.2 个案分析：2010年苏州通安事件 90 4.4 环境问题 97 4.4.1 问题背景 97 4.4.2 两个个案：2007年厦门反PX游行、2012年启东事件 99 4.4.3 案例分析 104 4.5 小结 107 5. 政府应对：变与不变 109 5.1 政府应对之变：从镇压为主到对话解决 109 5.1.1 镇压为主 109 5.1.2 对话解决：民众、基层政府、中央政府间的三角博弈 113 5.2 政府应对之不变：例外类型 121 5.2.1 宗教 122 5.2.2 民族 126 5.3 小结 128 6. 结论 130 参考文献 132Maste

Inhibitory effects of Stichopus japonicus extract on melanogenesis of mouse cells via ERK phosphorylation

Stichopus japonicus has been used as a folk medicine and as an ingredient in traditional food in East Asian countries. In recent years, the bioactive compounds found in S. japonicus have been reported to possess efficacy in wound healing and may be of potential use in the cosmeceutical, pharmaceutical and biomedical industries. Although the components and their functions require further investigation, S. japonicus extracts exhibit anti‑inflammatory properties, and may be used for cancer prevention and treatment. Although several reports have examined different aspects of S. japo-nicus, the effects of S. japonicus extract on melanogenesis in the skin has not been reported to date. Therefore the present study aimed to investigate the effects of S. japonicus extract on melanogenesis. Treatment with a mixture of S. japonicus extracts (MSCE) reduced melanin synthesis and tyrosinase (TYR) activity in mouse melanocyte cells lines, B16F10 and Melan‑A. In addition, MSCE treatment reduced the protein expression levels of TYR, tyrosinase‑related protein‑1 and tyrosinase‑related protein‑2. The reduced protein levels may be the result of decreased microphthalmia‑associated transcription factor (MITF) expression, which is an important regulator of melanogenesis. The reduced expression level of MITF was associated with delayed phosphorylation of extracellular signal‑regulated kinase (ERK) induced by MSCE treatment. A specific MEK inhibitor, PD98059, significantly blocked MSCE‑mediated inhibition of melanin synthesis. In conclusion, these results indicate that MSCE may be useful as a potential skin‑whitening compound in the skin medical industry.ope

A Study on the Maintenance of Citizen-Participated Show Gardens in Garden Competition

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 환경대학원 환경조경학과, 2022.2. 성종상.Recently after over the years of the preserved gardens, which have been managed as part of a simple park without any special maintenance alternatives have been pointed out for insufficient follow-up management.(2019, Park) In many cases, the design of the garden does not meet the original intention of the designer, facilities have been aging, replaced or the list of plants has been simplified. The form of a garden for preservation through a garden contest requires a garden as an experimental and structured design model that is open to the public. However, in order for the garden to be maintained, it requires gardening, which is different from the management behavior of parks or landscaping. Since then, the importance of the maintenance entity has increased, and after 2017, the Gyeonggi Garden Culture Fair has decided to participate Citizen Gardeners in the maintenance of the Preserved garden, and LH has proposed a plan to recruit volunteers to participate in the maintenance after training. It is time to investigate the unique status of the garden with existing concepts and designs and the participation and activities of Citizens. This study investigated the current status of citizen-participating maintenance by focusing on the maintenance behavior and utilization plan of the existing garden after the garden fair. Target sites that have been conducting citizen participatory maintenance for more than one year were selected. Analysis of management subjects and participating groups and activities were studied. It is a target site for some of the Gyeonggi Garden Culture Fair, Seoul Garden Fair, LH Garden Show, and Garden Dream Project. After that, field surveys, interviews, and surveys were conducted. As a result of the survey, the achievements and tasks of citizen-participating maintenance were summarized. First, in terms of performance, first, there were the effects of the use and education of professional manpower, social participation, and regional contribution. It was found that the development potential of citizen-participating maintenance was also bright. On the other hand, as a task to be solved by citizen-participating maintenance, the maintenance system implemented and citizen participation are passive due to institutional limitations in the process of the project. Second, it is necessary to establish a professional identity as a 'Gardener'. Finally, it is necessary to establish a garden maintenance system different from the park. As a work of art, it is necessary to consider respect and sustainability of the garden, but it should be a space for active activities of civic participation groups.최근 정원박람회 이후 특별한 유지관리 대안 없이 단순 공원의 일부로 관리되어 온 존치정원들이 몇 년이 지나면서, 미흡한 사후관리에 대한 지적이 있었다. (2019,박다연) 설계한 정원 작가의 초기 의도에 맞지 않고, 시설물은 노후화 되고 대체되거나, 식재된 식물리스트는 단순화 되는 사례가 빈번한 실정이다. 정원공모전을 통한 존치정원의 형태는 대중들에게 공개되는 공공적인 성격을 띄고 있으면서도 실험적이고 짜임새 있는 디자인적인 모델로서의 정원을 요구한다. 하지만 정원이 유지되기 위해서는 공원 혹은 조경의 관리행태와는 또 다른 정원가꾸기활동(Gardening)이 필요하다. 이후 유지관리 주체에 대한 중요성이 증대되어, 2017년 이후 경기정원문화박람회는 존치정원 유지관리에 시민정원사를 참여시키기로 하였고, LH에서는 존치정원 조성 후 자원봉사단을 모집하여 교육 후 유지관리에 참여시키는 방안을 진행하는 등 시민참여형 유지관리안을 제시하고 있다. 기존의 컨셉과 설계안이 있다는 정원의 독특한 현황, 주민의 참여도 및 활동 등에 대한 조사가 필요한 시점이다. 본 연구에서는 정원박람회 이후의 존치정원 유지관리 행태와 활용안에 초점을 두어 현재 진행중인 존치정원을 대상으로 한 시민참여형 유지관리 현황에 대하여 조사했다. 2021년 기준 1년 이상 시민참여형 유지관리를 진행하고 있는 대상지를 추려 관리주체 및 참여 집단에 대한 분석과 활동내용에 대해 연구하였다. 경기정원문화박람회, 서울정원박람회, LH가든쇼, 정원드림 프로젝트 중 조사대상을 선정해 현장답사 및 인터뷰조사, 설문조사를 실시하였다. 조사의 결과로 시민참여형 유지관리의 성과와 과제를 정리하였다. 먼저 성과적인 측면에서는, 전문인력의 활용 및 교육의 효과와 사회참여와 지역기여의 효과가 있었으며 시민참여형 유지관리의 발전가능성 또한 전망이 밝다고 파악되었다. 반면 시민참여형 유지관리가 해결해야할 과제로는, 첫 번째로 사업전개과정에서의 시행하는 유지관리체계 및 시민참여가 소극적이라는 것. 두번째로 정원사라는 직업적 정체성의 확립이 필요하다는 것이며, 마지막으로 공원과 다른 정원 유지관리 체계를 구축해 나아가야 한다는 것이다. 작품으로서 정원에 대한 존중과 지속성에 대한 고민이 필요하면서도 시민참여집단의 적극적인 활동의 공간이 될 수 있도록 해야한다.목 차 제1장 서론 1절. 연구의 배경 및 목적 01 1. 연구의 배경 01 2. 연구의 목적 02 2절. 연구의 대상 03 1. 연구의 대상 03 2. 선행연구 조사 03 3. 연구 질문 07 3절. 연구의 방법 08 1. 연구의 범위 및 방법 08 2. 연구의 흐름 08 제2장 이론적 고찰 및 분석의 틀 1절. 정원 및 시민참여 유지관리의 이해 10 1. 정원의 효용 및 필요성 10 2. 정원공모전 내용 및 의의 11 3. 시민참여 유지관리의 도입 12 2절. 정원공모전의 이해 13 1. 정원박람회 개요 13 2. 정원공모전 프로그램의 내용 및 의의 15 3. 정원공모전 이해관계 16 3절. 분석의 틀 19 1. 현장답사 및 인터뷰 19 2. 설문조사 23 3. 대상선정기준 24 제3장 정원공모전 유지관리 현황분석 1절. 조사대상 선정 25 1. 국내 정원공모전 및 존치정원 25 2. 조사대상 선정 31 3. 대상 정원공모전 개요 33 2절. 시민참여형 유지관리 대상지 39 1. 경기정원문화박람회(성남시청공원, 부천중앙공원) 39 2. 서울정원박람회(월드컵공원, 여의도공원) 42 3. LH가든쇼(평택동말근린공원) 44 4. 정원드림 프로젝트(순천권역, 울산권역) 45 3절. 대상지 유지관리 현황 47 1. 유지관리 체계 47 2. 활동내용 50 제4장 시민참여형 유지관리 성과 및 과제 1절. 참여집단 인식 및 만족도 52 1. 일반사항 52 2. 활동동기 및 이해도 56 3. 교육수준 58 4. 성과 및 전망 60 5. 소결 63 2절. 시민참여형 유지관리 성과 65 1. 전문인력 활용 및 교육 65 2. 사회참여와 지역기여 68 3. 시민참여형 유지관리 발전가능성 69 3절. 시민참여형 유지관리 과제 70 1. 사업전개과정에서의 유지관리와 시민참여 70 2. 직업 정체성의 확립 72 3. 정원의 지속성 74 제5장 결론 1. 연구 결론 76 2. 시사점 및 한계 78 [참고문헌] 80 [Abstract] 83 [부록] 85석

Do audit fees and audit hours influence credit ratings?: A comparative analysis of Big4 vs Non-Big4

We examine the relationship between credit ratings / changes and audit fees (hours) for Big4 and Non-Big4 firms. Audit fee (hours) may be considered as a default risk metric for credit ratings agencies. However, firms audited by Big4 are larger, better performing and operate with lower leverage compared to firms followed by Non-Big4. Therefore, the association between audit fee (hours) may be different for firms followed by Big4 and Non-Big4 audit firms. We find that there is a negative association between audit fees and credit ratings for firms followed by Big4 audit firms. However, we find an insignificant relation for firms followed by Non-Big4. We conjecture the different association due to the Big4 firms having more robust accounting procedures; Big4 firms must offer competitive audit fees because they are engaged in fierce competition with other Big4 firms. Moreover, Big4 and Non-Big4 firms have different relationships with their clients because Non-Big4 firms are more income dependent on their clients. Using a sample of 1,717 firm–year observations between 2002 and 2013, we establish a relation between audit fees in period t and credit ratings in period t+1, for firms followed by Big4 auditors. We do not find a significant relation for firms followed by Non-Nig4 firms, suggesting that credit ratings agencies perceive audit fee differently for Big4 and Non-Big4 firms. Client firms followed by Big4 auditors that experience a credit rating change in period t+1 pay lower audit fees in period t compared to firms that do not experience a credit rating change. Our additional analysis suggests a different association between firms audit fees and firm performance for firms that experience a credit rating increase and decrease. Firms that experience a credit ratings increase in period t+1 have strong performance and lower audit fees in period t. On the other hand, firms that experience a credit rating decrease have weak financial performance and negative audit fees compared to firms that do not experience a credit ratings change. Our results suggest that audit fees combined with financial performance influence a credit ratings agency' perception of default risk

전단부 혹을 가진 날개 주변의 유동 특성

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 기계항공공학부(멀티스케일 기계설계전공), 2019. 2. 최해천.Leading-edge tubercles on a humpback whale flipper are known to enhance its hydrodynamic performance at post-stall angles of attack (Miklosovic et al 2004). We investigate vortical structures above a three-dimensional wing with tubercles using surface-oil-flow visualization and particle image velocimetry measurement. Two wing models with and without tubercles, previously studied by Miklosovic et al (2004), are considered at the Reynolds number of 180,000 based on the free-stream velocity and mean chord length. At this Reynolds number, tubercles delay the stall angle by 7° and increase the maximum lift coefficient by about 22%. At a low angle of attack, flow separation first occurs near the tip region for both wing models. While flow separation rapidly progresses inboard (toward the wing root) for the model without tubercles with increasing angle of attack, tubercles produce two types of vortical motions and block the inboard progression of flow separation, resulting in delayed stall from α = 8° to 15°. One of these two vortical structures is pairs of counter-rotating streamwise vortices evolving from hemi-spherical separation bubbles near the leading edge troughs at pre-, near-, and post-stall angles of attack, and the other is asymmetric pairs of streamwise vortices evolving from separated flow regions after the mid-chord region at near-stall angle of attack. At a post-stall angle of attack (α = 16°), strong clockwise and counter-clockwise streamwise vortices are generated from foci at the root and tip near the trailing edge, respectively, and delay flow separation in the mid-span, resulting in a higher lift coefficient than that without tubercles. Leading-edge tubercles are applied to the quadrotor blade(Phantom4, DJI) to improve performance in forward flight condition. The new blade has ten tubercles with amplitude of 6% and wavelength of 50% of the mean chord length of the blade without tubercles. The rotating speed is varied from 3,500 RPM to 5,100 RPM corresponding to Reynolds number range of 62,000 – 90,000. The forward flight speed is varied from 4 m/s to 16 m/s corresponding to advance ratio range of 0.048 – 0.279. The angle of attack considered in this study is 40°. At low advance ratio (μ ≤ 0.1), power and thrust coefficients of the both models are similar to each other within the experimental uncertainty range. As advance ratio increases, however, tubercles increase the thrust coefficient more than the power coefficient, indicating the enhancement of the blade performance. Based on velocity field measurement, counter-rotating streamwise vortex pairs are observed in the wake of the blade with tubercles, resulting in reduction of back-flow region behind the peak on the advancing side.혹등고래 가슴지느러미의 전단부 혹은 실속 이후 받음각 영역에서 그들의 유체역학적 성능을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 우리는 표면오일유동 가시화와 입자영상유속계를 사용하여 전단부 혹을 가지는 3차원 날개 위의 와류 구조에 대해 연구를 수행하였다. 자유류 속도와 평균 시위 길이를 기준으로 하는 레이놀즈 수 180,000에서 혹의 유무에 따라 두 가지 날개 모델을 고려하였다. 이 레이놀즈 수에서, 전단부 혹은 실속각을 7° 지연시키고, 최대양력계수를 약 22% 증가시켰다. 낮은 받음각에서, 두 모델 모두 익단 근처에서 유동 박리가 발생하였다. 받음각이 증가함에 따라, 전단부 혹이 없는 모델의 경우 유동 박리가 날개 모델 안쪽으로 (루트 지역으로) 발달하는 반면, 전단부 혹이 있는 모델의 경우 두 가지 유형의 와류 구조가 발생하여 유동 박리가 모델 안쪽으로 진행하는 것을 막고 실속각을 8°에서 15°로 지연시켰다. 두 가지 유형의 와류 구조 중 하나는 서로 반대 방향으로 회전하는 주유동방향 와류 쌍들로, 실속 전, 실속 근처, 그리고 실속 후 받음각 영역에서 전단부 골 근처 반구형 박리거품으로부터 발달한다. 다른 하나의 와류 구조는 비대칭 주유동방향 와류 쌍들로, 실속 근처 받음각 영역에서 중간시위 지역 뒤의 박리 유동 지역에서 발달한다. 실속 이후 받음각에서는 (α = 16°), 시계방향과 시계 반대 방향으로 회전하는 강한 주유동방향 와류들이 루트와 익단 지역의 후단부 근처에서 각각 발생하며, 중간스팬 지역의 유동 박리를 지연시켜 전단부 혹이 없는 모델과 비교했을 때 전단부 혹이 있는 모델이 더 높은 양력계수를 가지게 해준다. 전진 비행 조건에서 쿼드로터 블레이드의 성능을 향상시키기 위해 전단부 혹을 적용하였다. 새로운 블레이드는 전단부에 10개의 혹을 가졌으며, 혹의 크기와 간격은 각각 혹이 없는 블레이드 평균시위 길이의 6%와 50%에 해당한다. 회전속도는 3,500 RPM – 5,100 RPM까지 고려하였으며, 이때 레이놀즈 수 범위는 62,000 – 90,000이다. 전진 비행 속도는 4 m/s – 16 m/s까지 고려하였으며, 이때 진행비 범위는 0.048 – 0.279이다. 그리고 본 연구에서는 받음각 40°를 고려하였다. 낮은 진행비 (μ ≤ 0.1)에서는, 두 모델의 동력 계수와 추력 계수가 실험 오차 범위 내에서 비슷한 값을 보였다. 하지만 진행비가 증가함에 따라, 전단부 혹이 동력 계수보다 추력 계수를 더 크게 향상시키며, 이는 블레이드의 성능이 향상되었음을 나타낸다. 속도장 측정 결과로부터, 서로 반대 방향으로 회전하는 주유동방향 와류 쌍들이 전단부 혹을 가진 블레이드의 후류에서 관찰되었으며, 이들이 블레이드가 전진하는 영역에서 전단부 혹 피크 뒤의 역류지역을 감소시키는 것을 확인하였다.1 Introduction 1 1.1 Previous studies 2 1.2 Objectives 6 2 Experimental Set-up 8 2.1 Wing model 8 2.2 Force measurement 9 2.3 Particle image velocimetry 10 2.4 Surface pressure measurement 11 2.5 Surface-oil-flow visualization 11 3 Results and Discussion 15 3.1 Aerodynamic forces 15 3.2 Flow pattern on the suction surface 16 3.3 Chorwise pressure distribution 19 3.4 Flow field around the wing model 20 4 Further Discussions 55 4.1 Comparison with 2D airfoil models 55 4.2 Effect of smooth leading edge in the root region 56 5 Application to a Quadrotor Blade 63 5.1 Introduction 63 5.2 Experimental set-up 64 5.3 Results and discussion 66 6 Summary and Concluding Remarks 86 References 89Docto