STT-RAM을 이용한 에너지 효율적인 캐시 설계 기술

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·컴퓨터공학부, 2019. 2. 최기영.지난 수십 년간 '메모리 벽' 문제를 해결하기 위해 온 칩 캐시의 크기는 꾸준히 증가해왔다. 하지만 지금까지 캐시에 주로 사용되어 온 메모리 기술인 SRAM은 낮은 집적도와 높은 대기 전력 소모로 인해 큰 캐시를 구성하는 데에는 적합하지 않다. 이러한 SRAM의 단점을 보완하기 위해 더 높은 집적도와 낮은 대기 전력을 소모하는 새로운 메모리 기술인 STT-RAM으로 SRAM을 대체하는 것이 제안되었다. 하지만 STT-RAM은 데이터를 쓸 때 많은 에너지와 시간을 소비하기 때문에 단순히 SRAM을 STT-RAM으로 대체하는 것은 오히려 캐시 에너지 소비를 증가시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 STT-RAM을 이용한 에너지 효율적인 캐시 설계 기술들을 제안한다. 첫 번째, 배타적 캐시 계층 구조에서 STT-RAM을 활용하는 방법을 제안하였다. 배타적 캐시 계층 구조는 계층 간에 중복된 데이터가 없기 때문에 포함적 캐시 계층 구조와 비교하여 더 큰 유효 용량을 갖지만, 배타적 캐시 계층 구조에서는 상위 레벨 캐시에서 내보내진 모든 데이터를 하위 레벨 캐시에 써야 하므로 더 많은 양의 데이터를 쓰게 된다. 이러한 배타적 캐시 계층 구조의 특성은 쓰기 특성이 단점인 STT-RAM을 함께 활용하는 것을 어렵게 한다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 재사용 거리 예측을 기반으로 하는 SRAM/STT-RAM 하이브리드 캐시 구조를 설계하였다. 두 번째, 비휘발성 STT-RAM을 이용해 캐시를 설계할 때 고려해야 할 점들에 대해 분석하였다. STT-RAM의 비효율적인 쓰기 동작을 줄이기 위해 다양한 해결법들이 제안되었다. 그중 한 가지는 STT-RAM 소자가 데이터를 유지하는 시간을 줄여 (휘발성 STT-RAM) 쓰기 특성을 향상하는 방법이다. STT-RAM에 저장된 데이터를 잃는 것은 확률적으로 발생하기 때문에 저장된 데이터를 안정적으로 유지하기 위해서는 오류 정정 부호(ECC)를 이용해 주기적으로 오류를 정정해주어야 한다. 본 논문에서는 STT-RAM 모델을 이용하여 휘발성 STT-RAM 설계 요소들에 대해 분석하였고 실험을 통해 해당 설계 요소들이 캐시 에너지와 성능에 주는 영향을 보여주었다. 마지막으로, 매니코어 시스템에서의 분산 하이브리드 캐시 구조를 설계하였다. 단순히 기존의 하이브리드 캐시와 분산캐시를 결합하면 하이브리드 캐시의 효율성에 큰 영향을 주는 SRAM 활용도가 낮아진다. 따라서 기존의 하이브리드 캐시 구조에서의 에너지 감소를 기대할 수 없다. 본 논문에서는 분산 하이브리드 캐시 구조에서 SRAM 활용도를 높일 수 있는 두 가지 최적화 기술인 뱅크-내부 최적화와 뱅크간 최적화 기술을 제안하였다. 뱅크-내부 최적화는 highly-associative 캐시를 활용하여 뱅크 내부에서 쓰기 동작이 많은 데이터를 분산시키는 것이고 뱅크간 최적화는 서로 다른 캐시 뱅크에 쓰기 동작이 많은 데이터를 고르게 분산시키는 최적화 방법이다.Over the last decade, the capacity of on-chip cache is continuously increased to mitigate the memory wall problem. However, SRAM, which is a dominant memory technology for caches, is not suitable for such a large cache because of its low density and large static power. One way to mitigate these downsides of the SRAM cache is replacing SRAM with a more efficient memory technology. Spin-Transfer Torque RAM (STT-RAM), one of the emerging memory technology, is a promising candidate for the alternative of SRAM. As a substitute of SRAM, STT-RAM can compensate drawbacks of SRAM with its non-volatility and small cell size. However, STT-RAM has poor write characteristics such as high write energy and long write latency and thus simply replacing SRAM to STT-RAM increases cache energy. To overcome those poor write characteristics of STT-RAM, this dissertation explores three different design techniques for energy-efficient cache using STT-RAM. The first part of the dissertation focuses on combining STT-RAM with exclusive cache hierarchy. Exclusive caches are known to provide higher effective cache capacity than inclusive caches by removing duplicated copies of cache blocks across hierarchies. However, in exclusive cache hierarchies, every block evicted from the upper-level cache is written back to the last-level cache regardless of its dirtiness thereby incurring extra write overhead. This makes it challenging to use STT-RAM for exclusive last-level caches due to its high write energy and long write latency. To mitigate this problem, we design an SRAM/STT-RAM hybrid cache architecture based on reuse distance prediction. The second part of the dissertation explores trade-offs in the design of volatile STT-RAM cache. Due to the inefficient write operation of STT-RAM, various solutions have been proposed to tackle this inefficiency. One of the proposed solutions is redesigning STT-RAM cell for better write characteristics at the cost of shortened retention time (i.e., volatile STT-RAM). Since the retention failure of STT-RAM has a stochastic property, an extra overhead of periodic scrubbing with error correcting code (ECC) is required to tolerate the failure. With an analysis based on analytic STT-RAM model, we have conducted extensive experiments on various volatile STT-RAM cache design parameters including scrubbing period, ECC strength, and target failure rate. The experimental results show the impact of the parameter variations on last-level cache energy and performance and provide a guideline for designing a volatile STT-RAM with ECC and scrubbing. The last part of the dissertation proposes Benzene, an energy-efficient distributed SRAM/STT-RAM hybrid cache architecture for manycore systems running multiple applications. It is based on the observation that a naive application of hybrid cache techniques to distributed caches in a manycore architecture suffers from limited energy reduction due to uneven utilization of scarce SRAM. We propose two-level optimization techniques: intra-bank and inter-bank. Intra-bank optimization leverages highly-associative cache design, achieving more uniform distribution of writes within a bank. Inter-bank optimization evenly balances the amount of write-intensive data across the banks.Abstract i Contents iii List of Figures vii List of Tables xi Chapter 1 Introduction 1 1.1 Exclusive Last-Level Hybrid Cache 2 1.2 Designing Volatile STT-RAM Cache 4 1.3 Distributed Hybrid Cache 5 Chapter 2 Background 9 2.1 STT-RAM 9 2.1.1 Thermal Stability 10 2.1.2 Read and Write Operation of STT-RAM 11 2.1.3 Failures of STT-RAM 11 2.1.4 Volatile STT-RAM 13 2.1.5 Related Work 14 2.2 Exclusive Last-Level Hybrid Cache 18 2.2.1 Cache Hierarchies 18 2.2.2 Related Work 19 2.3 Distributed Hybrid Cache 21 2.3.1 Prediction Hybrid Cache 21 2.3.2 Distributed Cache Partitioning 22 2.3.3 Related Work 23 Chapter 3 Exclusive Last-Level Hybrid Cache 27 3.1 Motivation 27 3.1.1 Exclusive Cache Hierarchy 27 3.1.2 Reuse Distance 29 3.2 Architecture 30 3.2.1 Reuse Distance Predictor 30 3.2.2 Hybrid Cache Architecture 32 3.3 Evaluation 34 3.3.1 Methodology 34 3.3.2 LLC Energy Consumption 35 3.3.3 Main Memory Energy Consumption 38 3.3.4 Performance 39 3.3.5 Area Overhead 39 3.4 Summary 39 Chapter 4 Designing Volatile STT-RAM Cache 41 4.1 Analysis 41 4.1.1 Retention Failure of a Volatile STT-RAM Cell 41 4.1.2 Memory Array Design 43 4.2 Evaluation 45 4.2.1 Methodology 45 4.2.2 Last-Level Cache Energy 46 4.2.3 Performance 51 4.3 Summary 52 Chapter 5 Distributed Hybrid Cache 55 5.1 Motivation 55 5.2 Architecture 58 5.2.1 Intra-Bank Optimization 59 5.2.2 Inter-Bank Optimization 63 5.2.3 Other Optimizations 67 5.3 Evaluation Methodology 69 5.4 Evaluation Results 73 5.4.1 Energy Consumption and Performance 73 5.4.2 Analysis of Intra-bank Optimization 76 5.4.3 Analysis of Inter-bank Optimization 78 5.4.4 Impact of Inter-Bank Optimization on Network Energy 79 5.4.5 Sensitivity Analysis 80 5.4.6 Implementation Overhead 81 5.5 Summary 82 Chapter 6 Conculsion 85 Bibliography 88 초록 101Docto

두 문화 복합적 지식의 교육과 재생산에 관한 연구 : 서울대학교 보건대학원을 중심으로

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 사회학과, 2016. 8. 서이종.본 논문은 서울대학교 보건대학원의 사례를 통하여 두 문화 복합적 지식이 교육과 재생산의 측면에서 어떻게 구성되고 변화하고 있는지에 대하여 연구하는 것을 목적으로 한다. 먼저, 교육의 측면에서 서울대학교 보건대학원의 커리큘럼의 변화 과정과 시대별 전임교수들의 출신 전공 그리고 시대별 입학생들의 학부 전공 출신 양상을 통해 시대별 학문적 위치 및 성격을 분석하였다. 다음으로 재생산의 측면에서 2001년부터 2015년까지 15년 동안 발행된 석사 및 박사학위 논문 1,244건의 초록 및 서지정보 분석을 통한 핵심어 분석을 실행하였다. 수집된 핵심어들을 바탕으로 빈도분석을 실행하고, 다출현 빈도의 핵심어들을 바탕으로 공출현 네트워크를 추출하였으며, 그로부터 추출된 학문적 성격들 사이에서 활발히 이루어지고 있는 공출현에 대하여 분석하였다. 보건대학원의 커리큘럼은 초창기에는 세부 전공별 전문가를 양성하는 교육과정에서, 1980년대 후반부터는 보건학이라는 독립적인 학문 틀 안에서 통합적으로 수학하는 동시에 연구 분야에 대한 선택과 집중이 가능하도록 자율성을 보다 강조하는 방향으로 변화하였다. 교수진은 기존에는 보건학박사들만이 임용되었으나 1980년대부터 인구학, 경제학과 같은 사회계열 출신의 교수들이 임용되기 시작하였고, 2000년대에는 이학박사와 의학박사 출신의 새로운 교수진들이 대거 임용되었다. 1960년대에 부임한 보건학박사 출신의 교수들은 모두 의학사 출신이라는 점에서 보건학의 과학 학문적 기원과 그 성격을, 그리고 현재 다양한 전공의 통합적인 학문으로써 그 역할을 수행하고 있음을 알 수 있다. 초기의 입학생들의 출신 전공은 전형적인 과학문화로 대표되는 의학계열에 치우쳐있었다. 그러나 시기별로 점차 그 간극들이 점차 해소되는 양상을 보이고 있다. 서울대학교 보건대학원 학위논문의 핵심어에 대한 분석 결과, 보건대학원의 세부 전공인 보건학, 보건정책 관리학 및 환경보건학 세 전공 모두에서 공통적으로 3회 이상의 빈도를 보인 핵심어는 시간의 흐름에 따라 점차 증가하는 추세를 보였다. 반면에 1회만 출현한 핵심어들의 비중은 점차 감소하는 추세를 보였다. 보건학과 보건정책 관리학 전공의 경우에는 핵심어들이 하나의 주제에 치우치지 않고 서로간의 적절한 균형 있는 비율로 변화하는 양상을 보이는 반면에 환경보건학전공의 경우 자연과학/의학 관련 특정 영역에 치우치고, 다른 주제의 핵심어들과의 간극이 벌어지는 결과가 나타났다. 공출현 네트워크 분석의 함의는 다음과 같다. 특히 다른 주제의 핵심어들 간 공출현 연결망의 경우, 보건학전공과 보건정책관리학 전공의 모두 지속적인 증가폭이 관찰됐다. 보건학의 경우 자연과학/의학 주제의 핵심어가 주 연결망을 차지하고 있으며, 보건정책관리학의 경우 사회과학 주제의 핵심어가 주 연결망을 차지하고 있었다. 이는 보건학은 자연과학/의학적인, 보건정책관리학은 사회과학적인 학문적 기반으로부터 다른 지식과의 융합이 이루어지고 있음을 시사한다. 반면에 환경보건학의 경우 유의미한 결과를 발견되지 않았다. 따라서 교육과 재생산의 측면 모두에서 분과학문 사이의 간극을 넘어 소통이 이루어지고 있으며, 복합적인 지식 네트워크가 구축되고 있음을 확인하였다. 그러나 서울대학교라는 한 대학의 보건대학에 대한 내용을 분석하여 관계를 분명히 하고 일반화하기에는 제한점이 있기에, 다양한 지역 및 대학에서의 연구 확장이 요구된다. 본 연구는 융합 학문이자 교육과정의 대표적인 예로써 보건학의 변화 과정에 대해 조명해 보았다는 점에 의의가 있고, 융합 지식의 재생산을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.Ⅰ. 서론 1 Ⅱ. 이론적 배경 및 방법론 5 1. 두 문화 담론의 형성 5 2. 두 문화에 대한 사회학 접근 : 뒤르케임의 인식론 7 3. 연구대상 및 연구방법 11 Ⅲ. 복합적 지식의 교육 17 1. 교육과정의 변화 17 2. 커리큘럼의 변화 20 3. 교수진의 구성 28 4. 입학생의 학부 전공 출신 양상 35 Ⅳ. 복합적 지식의 재생산 40 1. 2001-2015년까지 보건대학원 석사박사학위의 논문 양상 40 2. 핵심어 분석을 통한 보건대학원 연구경향 43 3. 재생산된 복합지식의 네트워크 분석 56 Ⅴ. 결론 66 Ⅵ. 참고 문헌 69 Abstract 72Maste

Salmonella enterica subsp. enterica serovar Gallinarum biovar Gallinarum의 진화 및 면역학적 특성 분석

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 수의과대학 수의학과, 2021. 2. 권혁준.Salmonella Gallinarum (SG)은 가금티푸스를 일으키는 원인체로 높은 폐사율과 산란율 저하로 가금 산업의 심대한 경제적 피해를 일으키는 병원균이다. SG는 수평전염뿐 아니라 난계대 전염으로 확산되고, 세포내 잠복감염이 가능하므로 박멸하기 어려운 것으로 알려져 있다. 현재 여러 백신들이 상용화 되었으나 여전히 농가에서는 가금티푸스가 박멸되지 않고 있다. 현재 국내에서는 약독화 생균백신주인 SG9R과 SR2-N6가 상용화 되었고, SG9R이 접종된 후 큰 효과를 보았으나 최근 정기적인 백신 접종에도 불구하고, 상당수의 농가에서 가금티푸스 피해가 보고되고 있다. 이에 따라, 백신주의 병원성 회복 또는 야외 변이주의 출현이 의심되고 있고, 기존 백신주와 백신 프로그램에 대한 개선 요구가 증대되고 있다. SG의 경우 닭의 세포 내에서 잠복 감염하며 진화한 결과 닭에 대한 숙주특이성을 갖게 되었고, 다양한 기능을 잃어버린 유전자(pseudogene)가 축적되었으며 이러한 pseudogene profiles을 이용하는 경우 야외주 간의 진화적인 근연관계를 규명할 수 있을 것으로 판단하였다. 또한, Salmonella 병원성 기전에서 중요한 역할을 하는 spvB 유전자의 polyproline linker (PPL)의 길이를 비교하였으며 국내 분리주들은 11개에서 21개까지의 prolines으로 구성된 서로 다른 PPL을 가지고 있어 해외의 PPL에 비해 더 긴 것을 확인하였다. PPL 길이에 따른 병원성 차이를 검증하기 위해 15개와 17개 PPL을 갖는 야외주를 동일 역가로 혼합하여 닭에 접종한 결과 17개 PPL을 갖는 야외주가 우점하는 것을 확인하였다. 국내 분리주들의 pseudogene profiles은 국외 분리주들과는 다른 고유의 cluster를 형성하였다. Pseudogene profiles과 PPL 길이에 따라 국내 분리주들은 7개의 subgroups으로 분류되었고, 유전적으로 유사하지만 서로 다른 두개의 초기 국내 분리주들이 분화한 결과로 추정되었다. 초기 국내 분리주들의 기원과 유입 경로에 대해 밝혀지지 않았지만 국내 분리주들에서 발견되는 편모 합성 유전자(fliC)가 pseudogene이 되는 과정에서 획득한 돌연변이를 중동 분리주가 보유하는 것을 볼 때 국내 분리주들과 중동 분리주들의 기원이 같을 것으로 추정되었다. 다양한 형태의 SG 균체 항원에 대한 체액성 면역 반응의 차이를 규명하기 위한 연구를 수행하였다. 면역원성이 높은 외막단백질 (OMP)을 선정하기 위해 SR2-N6의 항혈청과 OMP 추출물로 2D-gel electrophoresis와 western blotting을 실행하였다. 강한 면역반응을 보이는 단백질들로 LC-MS/MS 분석을 한 결과 OmpA와 OmpX로 동정 되었다. 두 단백질의 3차구조와 B-세포 에피톱 예측 프로그램 결과를 비교 분석하여 OmpA 유래 2개 에피톱과 OmpX 유래 1개 에피톱을 최종 선발하였고, 에피톱 아미노산 서열로 구성된 peptides를 합성하여 3종의 peptide-ELISA를 확립하였다. Peptide-ELISA로 SG002와 SR2-N6 유중수 사균을 접종하여 수확한 혈청의 체액성 면역을 비교한 결과, SR2-N6가 SG002 대비 더 강한 체액성 면역반응을 유발하였다. SG9R 생균, 사균, 생균/사균혼합, 유중수 사균을 접종하여 동일한 방식으로 체액성 면역을 비교한 결과 유중수 사균의 경우 생균 접종 수준의 항체역가가 2주간 관찰되었고, 생균/사균혼합의 경우 OmpA peptide-ELISA에서 3주 면역혈청에서도 대조군 대비 유의적으로 높은 항체역가를 유지하였다. 그러나 사균의 경우 모든 면역혈청에서 대조군과 차이가 없었다. 야외주를 감염시켜 수집한 면역혈청의 경우 상기의 항원을 접종한 경우보다 2주정도 항체반응이 지체되는 것을 확인하였고, 담즙 내 IgA도 검출되지 않았다. 생균이나 사균만을 접종한 경우 모두 담즙 내 IgA가 검출되지 않았으나 SG9R 생균 접종 후 야외주를 감염시키는 경우 담즙내 IgA 역가가 유의적인 수준으로 증가하였다. SR2-N6 백신주는 현재 농장에서 사용되고 있으나 약독화와 관련된 유전체학 및 단백질체학적 기전은 밝혀지지 않았다. 따라서, SR2-N6와 모균주인 SG002의 게놈과 프로테옴을 비교하였고, 그와 관련된 표현형을 비교하였다. SR2-N6는 O-항원을 지질다당체의 outer-core에 연결해주는 효소를 암호화하는 rfaL 유전자에서 13개 염기 결손이 확인되어 조면집락을 형성하였고, gyrA 유전자의 퀴놀론 저항 결정 영역의 변이를 통해 퀴놀론 계 항생제에 대한 저항성이 모균주 대비 8배 증가하였다. 또한, Salmonella의 large virulence plasmid에 존재하는 spvB와 spvC 유전자가 PCR에 의해 증폭되지 않아 SG9R 대비 병원성이 낮아진 것을 확인하였다. 저온 감수성 실험 결과 SR2-N6가 SG002 대비 증가하였는데 이는 DNA starvation/stationary phase protection gene의 발현량 감소에 의한 것으로 추정되었다. SG9R은 rfaJ 유전자 중 단 한 개의 nonsense mutation으로 인해 조면집락을 형성하여 약독화 된 것으로 알려져 있다. 그러나 해당 염기에 돌연변이가 발생하는 경우 활면집락을 갖는 병원성주로 복귀할 수 있는 위험성이 있으며 국외에서 실제 사례가 보고된 바 있다. 따라서 rfaJ 유전자 돌연변이에 의한 병원성 회복 가능성을 원천적으로 제거하기 위해 rfaJ 유전자를 적중(knock-out)한 Safe-9R 주를 제작하였고, 생균 및 사균백신의 효능을 조사한 결과 기존 SG9R과 동등한 생균백신 효능을 확인하였다. 그러나 유중수 사균백신은 어린 병아리에서 유의적인 항체역가 상승을 유발하였으나 심한 체중 감소를 보였다. 이러한 체중 감소는 내독소인 lipid A에 의한 것으로 추정되었다. lipid A의 독성을 감소시키면 생균의 병원성도 감소되기 때문에 lipid A 합성 및 변형에 관련된 lpxL, lpxM, pagP, phoP/phoQ 단일 유전자 적중(ΔlpxL, ΔlpxM, ΔpagP, ΔphoP/phoQ) 돌연변이주들을 제작하여 그 효과를 평가하였다. 닭 대식세포 (HD11)에 감염시켜 염증성 사이토카인의 발현량을 비교한 결과 lpxL과 lpxM 적중 돌연변이주들(Dtx-9RL, Dtx-9RM)에서 유의적으로 감소하였으며 유중수 사독백신을 제조하여 1주령 병아리에 접종하였을 때 Dtx-9RL은 대조군과 유의적인 체중 차이를 보이지 않았다. Dtx-9RL과 Dtx-9RM 생균을 접종한 후 절식하여 면역을 억제한 결과 간병변이 전혀 없거나 미약하였고, 균의 재분리도 일어나지 않았다. Dtx-9RL과 Dtx-9RM 생균을 피하 접종한 후 병원성 야외주로 공격접종한 결과 Dtx-9RL의 폐사율은 대조군과 비슷한 수준이었으나 Dtx-9RM 접종군에서는 완전한 방어효과를 보였으며 간병변 역시 Safe-9R이나 SG9R 접종군 보다 경미 하였고, 세균도 재분리 되지 않았다. 따라서, Safe-9R은 SG9R과 동등한 백신 효능을 보이지만 역돌연변이가 생기지 않는 안전한 대체제가 될 수 있을 것으로 기대되며, Dtx-9RL은 체중저하 등 부작용이 거의 없어 어린 병아리나 산란중인 닭의 사독백신주로 활용성이 높을 것으로 판단된다. Dtx-9RM은 1일령 병아리에 접종 시 체중에 대한 영향이 크지 않은 경우 조기 백신으로써의 활용성이 높을 것으로 평가된다. 결론적으로 국내 야외주는 국내 유입된 후 게놈과 spvB 유전자에서 점진적인 돌연변이가 축적되고 있고, 병원성이 증가된 변이주가 출현하여 이에 대한 대비가 필요하며 기존 SG9R을 개선한 Safe-9R, Dtx-9RL, Dtx-9RM은 기존 백신주와 백신 프로그램을 개선하여 보다 효과적인 백신 전략을 수립하는데 유용할 것으로 사료된다.Salmonella enterica subsp. enterica serovar Gallinarum biovar Gallinarum (SG) is the causative agent of fowl typhoid, which causes substantial economic loss to the poultry industry due to high mortality. SG is known to be difficult to eradicate as it spreads not only through horizontal transmission but also egg transmission and possible to survive within cells as a latent infection. Currently, several vaccines are adopted, but fowl typhoid is still not eradicated in the field. The introduction of SG9R had a great effect, but recently despite the regular vaccination, fowl typhoid has still been reported in a large number of farms. Accordingly, there is a suspicion of the emergence of a pathogenic revertant of vaccine strain or field strain variants, resulting in increasing demand to improve existing vaccine strains and vaccine programs. The evolutionary process of SG adapting to chicken as a specific host and its lifestyle within the cell drive SG to have lost various functions and accumulate pseudogenes. These pseudogene profiles could be used to clarify the evolutionary relationship between field strains. Also, the length of the polyproline linker (PPL) of the spvB gene, which plays an important role in Salmonella pathogenic mechanisms, varied from 11 to 21 prolines in domestic isolates, which were longer than those of the foreign strains. According to the growth competition in chickens, SG with 17 prolines dominated an SG with a PPL length of 15 prolines. Furthermore, it was confirmed that pseudogene profiles of the domestic field strains constituted their own cluster different from the foreign strains. Considering the pseudogene profiles and PPL length, the molecular epidemiology of SG in Korea was elucidated to be subdivided into 7 pseudogene subgroups, and two closely related SG isolates were speculated to be transformed into several subgroups. The origin of transmission of the first SG in Korea was unclear, but considering the identical mutation in the fliC gene, it was surmised that the SG isolated in the Middle East appeared to share the origin. A study was conducted to compare differences in humoral immune responses to various types of SG antigens. The outer membrane proteins with high immunogenicity were analyzed by 2D-gel electrophoresis and western blotting with rough strain vaccine SR2-N6 antisera. OmpA and OmpX were identified as a result of LC-MS/MS analysis. The epitopes of two proteins were analyzed by comparing the B-cell epitope prediction program with the protein tertiary structure, and peptide-ELISAs were established. The humoral immune responses of the groups inoculated with SG002 (smooth strain) and SR2-N6 (rough strain) killed oil vaccines were compared, showing significantly higher antibody titers in SR2-N6-inoculated group. The humoral immunity was compared in the same manner by inoculating various forms of the vaccine as live, killed, live + killed, and oil-adjuvanted killed. The mixed vaccine maintained high antibody titers until after 3 weeks of inoculation, but the killed form did not stimulate the humoral immunity. Infection with the field strain detained the immune response by about 2 weeks. The mucosal immunity was tested with bile juice, and immunity was not induced in all compositions, except when challenged after the live vaccine. The rough strain vaccine SR2-N6, produced based on SG002, is currently commercialized, but its mechanism of attenuation and characteristics have not been studied. SR2-N6 was compared with SG002 through comparative genomics and proteomics studies. It was confirmed that SR2-N6 became a rough mutant due to the deletion of the 13-nucleotide of the rfaL gene. Mutations in the quinolone resistance-determining region of gyrA gene increased the quinolone antibiotic resistance by about 8 times compared to SG002. In addition, spvB and spvC, the core virulence genes present in the large virulence plasmid, were also not detected. SR2-N6 was more susceptible to cold shock than SG002, probably due to the decrease in the expression of DNA starvation/stationary phase protection genes (dps). The popular rough strain vaccine SG9R became rough mutant by a single nonsense mutation of the rfaJ gene, making it possible to recover virulence on the field. In the present study, the rfaJ gene removed mutant (Safe-9R) was generated for the vaccine stability. Live Safe-9R showed similar protective efficacies to SG9R, but although inactivated oil adjuvanted Safe-9R (OE Safe-9R) stimulated the humoral immune response, it caused severe body weight loss in 1-week-old chicks. As the endotoxin was suspected to be the cause of the weight loss, lipid A synthesis and modification genes were removed to detoxify the endotoxin. phoP/phoQ, lpxL, lpxM, and pagP were eliminated and tested for the expression of pro-inflammatory cytokines in chicken macrophage cells (HD11). Among the knock-out mutants, ΔlpxL (Dtx-9RL) and ΔlpxM (Dtx-9RM) showed a significant decrease in cytokines expression levels, and especially, Dtx-9RL did not show weight loss in 1-week-old chicks. The live Dtx-9RL also showed no liver lesion in immunocompromised chickens. However, when challenged after the live detoxified strains inoculation, the protective efficacy of Dtx-9RL was immaculate, showing a similar mortality to the negative control. Dtx-9RM, on the other hand, provided full protection and demonstrated lesser liver lesions than the conventional vaccine strains without recovery of inoculated strains. In conclusion, as the Korean field SG is speculated to have evolved into more pathogenic variants by accumulating mutations in both chromosomes and the spvB gene, it has to be prepared. The improved SG9R mutants, Safe-9R, Dtx-9RL, and Dtx-9RM, are expected to be useful in establishing more effective vaccine strategies.Abstract i Contents vi List of figures viii List of tables xi Abbreviations xiii General Introduction 1 Literature review 6 Fowl typhoid 6 1. Pathology 6 2. Salmonella enterica subsp. enterica serovar Gallinarum biovar Gallinarum 14 3. Disease control 26 Chapter 1. Molecular evolution of Salmonella enterica subsp. enterica serovar Gallinarum biovar Gallinarum in the field 29 Abstract 30 1.1. Introduction 31 1.2. Materials and methods 33 1.3. Results 37 1.4. Discussion 41 Chapter 2. Comparison of humoral immune responses to different forms of Salmonella enterica serovar Gallinarum biovar Gallinarum 60 Abstract 61 2.1. Introduction 63 2.2. Materials and methods 65 2.3. Results 71 2.4. Discussion 75 Chapter 3. Genetic and proteomic characterization of a live vaccine strain (SR2-N6) against fowl typhoid and paratyphoid 92 Abstract 93 3.1. Introduction 93 3.2. Materials and methods 96 3.3. Results 102 3.4. Discussion 105 Chapter 4. Optimized detoxification of Salmonella enterica serovar Gallinarum biovar Gallinarum to improve vaccine strategy against fowl typhoid 119 Abstract 120 3.1. Introduction 122 3.2. Materials and methods 124 3.3. Results 131 3.4. Discussion 136 General Conclusion 155 References 158 국문초록 177Docto

ELW 상품의 국소 변동성 곡면 추정에 관한 연구

2

국소 변동성 모형에 대한 연구

DoctorIn financial engineering, the Black-Scholes model is the most popular and basic model for pricing derivatives. A lot of research papers, however, show that the Black-Scholes model fails to explain features of the implied volatility surface such as volatility smile and the volatility skew. Local volatility models, introduced in 1994 by Dupire and Derman and Kani, treat volatility of underlying asset as a deterministic function of asset level and time. Implied volatility represents the market's expectation while local volatility represents average over all possible smile-consistent instantaneous volatilities in a stochastic volatility world. The advantages of using local volatility model are that they are smile-consistent one factor markovian model and they make possible to price exotic options consistently with the known market prices. They are also relatively easy to estimate compare to stochastic volatility models.We can recover local volatility surface from implied volatility surface using Dupire formula. There are some challenges in modelling the implied volatility surfaces: They must be arbitrage free. And they must have functional flexibility but not over-fitting. In addition, it can be helpful, if confidence interval information on the estimated volatility surfaces is provided. For these purposes, local smoothing method manipulating the bandwidth for estimating implied volatility surfaces is proposed in this thesis. Also, estimation method for local volatility model with jumps is provided. Additional jump term makes calibration difficult. Calibrating with reasonable starting points can solve this problem at least in some part.To verify the performance of the proposed methods, we conduct simulations on both model-generated option prices data and real market option prices data. Using local smoothing with no-arbitrage constraints, we estimate implied volatility and local volatility. Then we value the KOSPI 200 index options, ELW, and barrier options. The estimation and prediction results show that local volatility function recovered from the proposed method improves the pricing performance compared with volatility surfaces from other existing estimation methods. Also we show that proposed calibration method for local volatility jump diffusion model works well in estimation and prediction

Barrier Option Pricing with Model Averaging Methods under Local Volatility Models

1

로지스틱 회귀분석을 이용한 이탈고객 예측모형

2