Introduction aux circuits VLSI Introduction aux circuits VLSI
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Introduction Introduction aux aux circuits circuits VLSI VLSI Patrick Pangaud Ingénieur en électronique au Centre de Physique des Particules de Marseille Cours 1&2 Cours 4 Rappel Électronique Technologies Les semi -conducteurs Méthode de conception des circuits MOS Transistor MOS Cours 5&6 Cours 3 Les portes et fonctions logiques ESIL-Informatique 1 Les SOC, les SIP Évolutions technologiques [email protected] 1 Programme Programme Cours 1 Les System in Package (SIP) Évolutions technologiques ESIL-Informatique 1 [email protected] 2 Histoire Histoire des des Sciences Sciences ESIL-Informatique 1 [email protected] 3 Évolution Évolution technologique technologique ESIL-Informatique 1 [email protected] 4 Évolution Évolution de de l'horloge l'horloge ESIL-Informatique 1 [email protected] 5 Évolution Évolution de de la la puissance puissance ESIL-Informatique 1 [email protected] 6 STOP STOP !!! !!! ESIL-Informatique 1 [email protected] 7 Le Le cas cas des des microprocesseurs microprocesseurs ESIL-Informatique 1 [email protected] 8 SIP SIP :: System System in in Package Package ESIL-Informatique 1 [email protected] 9 SIP SIP :: System System in in Package Package ESIL-Informatique 1 [email protected] 10 SIP SIP :: System System in in Package Package Les SIP permettent un grand niveau d'intégration grâce aux avancés technologiques dans la miniaturisation Les circuits SIP peuvent contenir un ou plusieurs circuits connectés par fil ou par billes. Les composants actifs (processeurs, mémoires, …) sont combinés avec des résistances, condensateurs, selfs. ESIL-Informatique 1 [email protected] 11 SIP SIP :: différentes différentes options options d'assemblage d'assemblage ESIL-Informatique 1 [email protected] 12 SIP SIP :: Multi Multi Stacked Stacked Les circuits sont connectés au monde extérieure par des micro-fils (~20µm de diamètre). En amincissant les circuits, puis en les empilant les uns sur les autres, il est possible de faire fonctionner plusieurs circuits en parallèle dans le même boîtier. ESIL-Informatique 1 [email protected] 13 SIP SIP :: 3D 3D En empilant plusieurs circuits amincies et en les connectant avec des contacts traversant, nous obtenons un produit encore plus compacte ESIL-Informatique 1 [email protected] 14 Intel Intel Core Core 22 Duo Duo Intel Core 2 Duo Sur le même circuit Consommation contrôlée intelligemment Technologie mieux maîtrisée ESIL-Informatique 1 [email protected] 15 Intel Intel Core Core 22 Quad Quad Intel Core 2 Quad Principe du SIP Avec 2 Core 2 Duo ESIL-Informatique 1 [email protected] 16 Les Les nouvelles nouvelles technologies technologies dans dans les les SOC SOC ESIL-Informatique 1 [email protected] 17 Les Les nouvelles nouvelles technologies technologies dans dans les les SOC SOC ESIL-Informatique 1 [email protected] 18 Nano-transistor Nano-transistor Aujourd’hui, le transistor est un microinterrupteur" : le courant est stoppé lorsqu’on applique une tension sur la grille. Demain, le nanointerrupteur", qui consisterait à faire passer les électrons un par un ou à modifier le spin des électrons, serait plus performant. Le transistor spin fonctionne sur l'état que prennent les électrons ou plutôt leurs spins. La modification de cet état ( spin up ou spin down) donnera la position logique du transistor. Ce basculement à l'énorme avantage de ne pas consommer de courant électrique. ESIL-Informatique 1 [email protected] 19 Microélectroniques Microélectroniques :: nouvelles nouvelles compétences compétences ESIL-Informatique 1 [email protected] 20 Industrie Industrie Microélectronique Microélectronique :: stages stages ESIL-Informatique 1 [email protected] 21 Nouveaux Nouveaux défis défis :: coûts coûts ESIL-Informatique 1 [email protected] 22 Nouveaux Nouveaux défis défis :: projets projets planétaires planétaires ESIL-Informatique 1 [email protected] 23 Accès Accès àà la la technologie technologie :: regroupement regroupement ESIL-Informatique 1 [email protected] 24 Évolutions Évolutions :: les les verrous verrous scientifiques scientifiques Qui devront faire l’objet d’efforts particuliers, sont essentiellement : -La maîtrise de l’accroissement de la complexité des systèmes : spécifier, concevoir, vérifier, tester et caractériser des systèmes intégrant plusieurs milliards de transistors. -L’innovation des architectures permettant de trouver un équilibre entre les contraintes d’efficacité, de réutilisation, et de flexibilité. Problèmes liés à la création et à l’utilisation des composants virtuels, les architectures reconfigurables dynamiquement, les architectures d’interconnexion dans un contexte SOC (bus et micro -réseaux sur puce), les architectures multiprocesseurs hétérogènes, les circuits mixtes (analogique/numérique). -L’innovation en conception conjointe « matériel/logiciel », » où le logiciel embarqué ou enfoui, (« embedded ») permettra de plus en plus de personnaliser et d’adapter le circuit à une norme ou une application. - L’innovation dans les outils logiciels de CAO, CAO notamment dans les étapes critiques : modélisation des effets physiques liés aux réductions des dimensions, synthèse physique, simulation, faible consommation, plateformes virtuelles et réelles de prototypage de systèmes. ESIL-Informatique 1 [email protected] 25 Évolutions Évolutions :: les les verrous verrous scientifiques scientifiques la maîtrise des aspects vérification (de la spécification du système au circuit avec un apport des mathématiques), le test, le test intégré, la tolérance aux fautes, la fiabilité sont des domaines de recherche critiques compte tenu de l’évolution de la complexité des systèmes aux niveaux matériels et logiciels. - Les aspects énergétiques : faible tension, faible consommation, autonomie, capacité des batteries, dissipation. Il s’agit certainement d’un des défis les plus difficiles du nanoobjet aux systèmes complexes. Les performances des circuits, réalisés en technologie CMOS sont aujourd’hui limitées pour des problèmes de consommation (un processeur actuel peut dissiper plusieurs centaines de Watts). Les solutions sont à rechercher par des compromis aux niveaux des technologies, des circuits et des systèmes (en distinguant les niveaux transistor, logique, architecture, fonctionnel, logiciel et système). Une formalisation à chaque niveau des modèles permettant une communication entre les différents niveaux d’abstraction est indispensable pour progresser dans ce domaine. ESIL-Informatique 1 [email protected] 26
