poly-2-consommation de puissance Fichier

3A EMS
Energie pour les systèmes nomades 1
1
Consommation de puissance
(cours énergie pour les systèmes nomades)
Matthieu Denoual
ENSICAEN
2
Préalable : rappel transistor MOS
Transistor NMOS
oxyde de grille
grille
drain
source
substrat
(bulk)
substrat
polysilicium de grille

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Energie pour les systèmes nomades 2
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Préalable : rappel transistor MOS
VDS=0.1VVGS0V
formation d’une région appauvrie
(depletion region)
pas de courant, car pas de porteurs de charge
transistor bloqué
4
Préalable : rappel transistor MOS
VDS=0.1VVGS0V
formation d’une couche d’inversion
(inversion layer)
le transistor devient passant
la valeur de VGS pour laquelle cela
a lieu est la tension de seuil VTH0
ox
dep
FMSTH C
Q
V 2
0

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Energie pour les systèmes nomades 3
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Préalable : rappel transistor MOS
effet de polarisation du substrat
FSBFTHTH VγVV
22
0
VDS=0.1V
VGS0V VDS=0.1V VGS0V
VB<0VVSB=0V
γ
coefficient d’effet de polarisation du
substrat (0.3 à 0.4 V0.5)
VSB>0V
VSB=0V
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Préalable : rappel transistor MOS
NMOS
PMOS
modèle électrique modèle logique

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Préalable : flot de conception de circuit intégré
transistors
MOS
PMOS
NMOS
portes
logique
(CMOS)
composants
élémentaires
…
…
…
8
Préalable : flot de conception de circuit intégré
niveau algorithmique
synthèse architecturale
niveau architectural
synthèse logique
niveau logique
synthèse physique
niveau physique
niveau topologique
synthèse des masques
raffinement de la spécification
abstraction des paramètres physiques
librairie de
composants
librairie
de portes
librairie de
transistors
librairie de
masques
Z=X+Y
+

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Energie pour les systèmes nomades 5
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La problématique de la dissipation de puissance
Pourquoi doit-on considérer la dissipation de puissance ?
Puissance moyenne et pic
Poids/volume des batteries pour les applications portables
Défaillances dues à la température
Label faible-consommation, aspect écologique
Coût du packaging et système de refroidissement
Répartition de la puissance
dans un PC de bureau
Core i7 quad 110 W pleine charge
ARM Cortex A8 (iphone) 300 MHz, 1,25 W
Pentium III power density (W/cm²)> hotplate
10
La problématique de la dissipation de puissance
Pourquoi est-ce un enjeu réel aujourd’hui ?
Intégration : milliards de transistors
Vitesse, fréquence : GHz
Limites du Deep-submicron : la réduction de la tension d’alimentation n’est
plus une solution
Applications portables : tablette, 3/4G communications...
Besoin de plus de puissance
Plus de puissance dissipée
Réduire la dissipation de
puissance lors de la conception
Traiter les conséquences de
la dissipation de puissance
Techniques de réduction de la
consommation
Nécessaire de connaître les sources de
dissipation de puissance
Refroidissement
Récupération d’énergie
leakagenbtrfreqfP ,,,