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(%(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 - [e-mail],
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 problmes 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 possde 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
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