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þ7# Î)Ö •L& Ï& Ï'Ï'Ï'Ï 'ç ( ( ( ( (% (A(Ab(£x( ) ); )s*)•'Ï )s)S )s)s)•9)s)s)s)s)s)sUn article pour les journŽes FT-FCPrenom NOM et Prenom NOMENSSAT - UniversitŽ de Rennes, 6 Rue de KŽrampont - 22300 - [email protected], http://archi.enssat.fr/ftfc99 RŽsumŽLa consommation des circuits Žlectroniques, dŽdiŽs ou programmables, est devenue un facteur essentiel pour un nombre croissant d'applications industrielles ou grand public pour lesquelles il s'agit d'embarquer un ensemble de traitements plus ou moins complexes ˆ des cadences de plus en plus rapides. Le concepteur de syst•mes doit ma”triser tout au long de la dŽmarche, les optimisations architecturales, logiques et technologiques, en vue de satisfaire les contraintes de cadence de traitement, de consommation et de cožt.Mots ClŽs: Consommationn conception de circuits1. IntroductionDepuis quelques annŽes, le probl•me de la dissipation de puissance est devenu un facteur limitatif pour la rŽalisation des syst•mes VLSI. Cette limitation intervient au travers de deux probl•mes majeurs. Les syst•mes complexes et performants, engendrant donc une consommation Žlectrique importante, nŽcessitent des syst•mes de refroidissement complexes et peuvent prŽsenter des problmes de fiabilitŽ (une forte chaleur augmenterait le risque de panne). La consommation est donc devenue la limite essentielle de l'augmentation du nombre de transistors sur une seule puce. Pour les applications portables, la consommation engendre une rŽduction de la durŽe de vie des batteries limitŽes en poids et en encombrement par le type d'applications. De plus, de nouvelles applications Žmergent telles que les ordinateurs personnels ou portables (PC, portable desktop, pagers, ...), les tŽlŽcom-munications sans fil (radiomobile, GSM, ...), les assistants de personnes (PDA's), le multimŽdia. Le marchŽ de ces produits possde la plus forte croissance du secteur Žlectronique. Les projections dans le futur montrent que cette croissance doit continuer. Ce type d'applications intŽgre des fonctionnalitŽs complexes (annulation d'Žcho, codage parole ou vidŽo, codage canal, traitements type multimŽdia, ...), qui demandent des calculs performants, tout en ajoutant une contrainte forte sur la consommation de ces syst•mes. On peut prendre pour exemple un terminal multimŽdia portable du futur qui int•gre des communications sans fil large bande, de la vidŽo bidirectionnelle animŽe, de l'audio et de la parole de haute qualitŽ, et une interface homme machine ŽvoluŽe (entrŽe stylo, affichage texte et graphique). Un exemple est le projet InfoPad dŽveloppŽ ˆ l'U.C. Berkeley [http://infopad.eecs. berkeley.edu]. Le budget consom-mation d'un tel terminal sans conception spŽcifique serait d'environ 40 Watts, ce qui nŽcessiterait de trop encombrantes batteries (10 kg) de type Nickel-Cadmium pour une durŽe de vie acceptable de 10 heures (voir figure 1). Certaines nouvelles technologies de batteries (Nickel-Metal-Hybride) pourront offrir 60-70 Wattheures/kg, mais les prŽvisions les plus optimistes ne prŽsentent qu'une amŽlioration de 30 ˆ 40% dans les 5 prochaines annŽes. Cette Žvolution est 4 fois moins ŽlevŽe que celle de la puissance de calcul des circuits intŽgrŽs prŽdite par la loi de Moore. Il faut donc utiliser des mŽthodes de conception spŽcifiques au probl•me de basse consommation. Fig. 1 ƒvolution du rapport autonomie / poids des batteries d'apr•s Sony Inc. Ceratines applications dites Ultra-Basse-Consommation nŽcessitent des puissance en dessous de 1mW. On trouve des applications mŽdicales (pace makers) ou d'horlogerie.Cette tendance se retrouve Žgalement pour les processeurs gŽnŽraux. Le tableau 1 reprŽsente la consommation de quelques processeurs actuels. L'Žtude de l'Žvolution de la puissance dissipŽe en fonction de la surface de Silicium montre que l'Žquation suivante prŽdit la puissance avec une assez bonne prŽcision.P = k . surface . Fclk avec k = 0.063 W/cm2.MhzOn peut donc extrapoler que, dans le futur, un microprocesseur de 10 cm2, fonctionnant ˆ 500 Mhz consommerait 315 Watts! Cependant, certains constructeurs sortent des versions de leur microprocesseur optimisŽes en consommation. On trouve Žgalement de plus en plus de produit (microcontr™leur, processeur de traitement du signal) possŽdant l'Žtiquette "Basse-Consommation Basse-Tension" [2].Processeur Horloge (MHz) Technol(µm) Alim (V) Conso (W) Intel PentiumIntel P6 66200 0.80.35 5.03.3 1635 DEC 21064DEC 21164 200300 0.750.5 3.33.3 3050 PowerPC 620 133 0.5 3.3 30 MIPS R10000 200 0.5 3.3 30 UltraSparc 167 0.45 3.3 30 PowerPC 603 80 0.5 3.3 2.2 IBM 486SLC2 66 0.8 3.3 1.8 MIPS R4200 80 0.64 3.3 1.8 Table 1 Consommation de diffŽrents processeurs2. ConclusionsLa consommation des circuits intŽgrŽs est devenue la contrainte de conception la plus importante. En effet, aussi bien dans les applications portables (durŽe de vie des batteries, encombrement), que dans les applications hautes performances (cožt du syst•me, environnement), il est nŽcessaire de mettre en Ïuvre des mŽthodes de conception spŽcifiques au probl•me de la basse consommation.RemerciementsLes auteurs tiennent ˆ remercier les sociŽtŽs suivantes pour leur participation ...Bibliographie [1] A. Chandrakasan, S. Sheng, and R. Brodersen, ÒLow Power CMOS Digital DesignÓ, IEEE Journal of Solid State Circuits, vol. SC27, no. 4, pp. 1082-1087, April 1992. [2] W. Davis, ÒSemiconductor key issue : Power and CommunicationÓ, Keynote Speaker at IEEE International ASIC Conference, Rochester NY, Sept. 1996.JournŽes Faible Tension - Faible Consommation, 26-28 mai 1999, Paris u€ƒ5„5uwx€ƒS„7ê€uÞÜuÞÌ¡1ÿ ÿÿÿÿŠ¤¡¶ÿ ¡ 1 1¡ 1¡¶ ÿ ¡¶ ÿ ããã ¡ 1 ÿÿÿÿÿÿÿÿq- -p p p- -¡¶ÿ¡¶€€€ÿÿÿÿÿÿ #¢¡¶ ÿ #^"p+ "]+ "J+ "8+ "%+ " + p-p "rü"rHü"rcü"r~ü"r™ü"r´ü"rÏü"rêü"rü"r ü¡¶ÿ¡¶€ (u &"J- # õ# # ù# # ü# # â# ¡ 1, Ñ Arial Ñ +$r 0(_ 10(L 20(: 30(' 40( i 65) 69) 70) 79) 80) ‚—•µ(‹˜AnnŽes¡– 50+ 84) 85) 89) 90) 95 - #^!p- ¡š (e Watt.Heures / Kilos f• G G - e >> "&" ~~F( '~P"pP Jpm[>[>66m &* [ 6 6>mm>[ [ 6>6m m*[ [6~6 m m~[[6 6"mþm ["[þ6 6m>m*[v[ 6 6<m`m<[ [ 6@6 —¡¶ ¡¶ ÿ ¡ 18¡¶ ÿ ¡¶ ÿ«ªÙÀ°~DxaV a\Ž $ & 1 3 > ? µ · ¸ ¹ À Í ý a j É Ê Ó 8 Q ` a ø "#'op‡ª²½íî#$8WXdst€›«¬¸ÇÈÔãäïÿ / • ± $ Y • Í Î ÖúôîôíçííææßíææææÛæ×æÑËÅ¿Å¿Å¿Å¿Å¿Å¿Å¿Å¿íææ¹ @ € €@ @ ì @ € À € €G$%&?ƒµ¶·¸¹ÀÍýþ ö ÷ È É Ë Â ø ( ¯ ° ± ² ½ Ë Ó Ø Ý â è íúôúúîîîúúééãÞÙÔÏÔÊÔÅÔ»µ°«¥ ÔÔÔ˜ˆˆ€€ˆˆ H 4 ( ÿ e ÿ€þå# ÿ 4 #d #d & í î ü #d #$.8<@EIMQTWXdhlpst€„ˆŒ›Ÿ¤¨«¬¸»¿ÃÇÑ ÉÉÁÁ¹¹ÁÁ¹¹•ÉÉÁÁ¹¹ÁÁ¹¹•ÉÁ¹Á¹•ÉÁ¹Á¹ÉÁ¹Á¹ÉÁ¹Á¹(’˜@F‰Ü /‚Õ@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ .’˜@F‰Ü H 4 ( /‚Õ@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@š è è è è è. 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