Énergie dans les puces électroniques - Lab
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Énergie dans les puces électroniques Équipe de recherche CAIRN – IRISA 6. Consommation statique et fuites puce plaquette cellule Fuites ⇒ consommation statique même quand le circuit ne fait rien ! encapsulation silicium découpe fabrication 1. Technologie des puces électroniques (des processeurs actuels consomment entre 10 et 20 W à l’état inactif) boitier Technologies actuelles: 250 à 22 nm Transistor: élément de base Épaisseur d’un cheveu: 40 à 100 µm piste 1 m 1 mm 1 µm Source image: http://www.microwind.net/ 1 nm 7. Modes de fonctionnement 1 0.001 0.000 001 0.000 000 001 plan du circuit 2. Grandeurs physiques U 1V 0.6 V Pmax 1 GHz 300 MHz tension Pmax F 0s 1s lent max P courant temps 3W 0.6 W P mise en sommeil réveil E = 3J E = 0.6 J 0s temps 8. Exemples de processeurs processeur puissance type temps 2s 1s 3. Évolution des puces électroniques temps changement fréquence Pfuites 1A P temps 2s max inactif Pfuites 3A fréquence max U I I temps F lent F I Temps/durée T (unité: seconde) I Fréquence F = 1/T (unité: Hertz) I Tension U (unité: Volt) I Courant I (unité: Ampère) I Puissance P = U × I (unité: Watt) I Énergie E = P × T (unité: Joule) Réduction: I couper l’alimentation I transistors spéciaux (mais lents) I technologie MSP 430 Xeon E7-8870 micro-controlleur faible conso. processeur haut de gamme fabricant Texas Instruments Intel données 16 bits 64 bits instructions 1 / cycle 20 / cycle (avec 10 cœurs) fréquence 4 – 24 MHz 2.4 – 2.8 GHz tension 1.8 – 3.6 V 0.6 – 1.3 V puissance 3.5 mW à 10 MHz 130 W c. sommeil 0.5 – 50 µA n.c. grandeurs unités 1970 1980 1990 2000 2010 technologie nm 6 000 1 500 800 180 32 nombre transistors Tr 2 000 100 000 2 000 000 200 000 000 1 000 000 000 prix 1–7e ≈ 3 500 e fréquence Hz 100 kHz 20 MHz 200 MHz 2 GHz 3 GHz technologie 250 nm 32 nm vitesse km/h 10 200 2000 20 000 30 000 longueur m 1m 25 cm 13.3 cm 3 cm 5.3 mm 9. Problèmes dans les centres de calcul I Moins de 50 % de l’énergie pour les équipements électroniques I Climatisation, humidification, pertes de conversion, . . . I Coût: en 1 an, l’énergie est plus chère que les serveurs (exemple pour Google: environ 2 M$ par mois) 4. Problèmes liés aux grandes consommations d’énergie I Évacuation de la chaleur I Fiabilité des circuits I Coût I Écologie 5. Consommation dynamique et activité dans le circuit Les transitions, ou changements d’état, consomment de l’énergie Calculs ⇒ transitions ⇒ activité 1 C I1 solution 1 A solution 2 I2 B C 1 B0 C0 1 1 I2 0 S0 Transitions complètes: 0 → 1 / 1 → 0 Réduction: utiliser des bons algorithmes A0 1 S B0 1 S0 1 I1 0 1 10. Recherches dans l’équipe CAIRN (transitions incomplètes) 1 S Source image: J. Cho, T. Lim, B. S. Kim. Energy and Buildings, vol. 41, pp. 1107-1115, 2009 A B temps S A0 temps A B imperfections ⇓ activité parasite Réduction: meilleure conception au niveau électronique I circuits électroniques: processeurs, accélérateurs de calcul, . . . I communications sans fil I réseaux de capteurs intelligents I récupération d’énergie I algorithmes de calcul et représentations des nombres Sources informations et images : sites web CAIRN, Intel & Wikipédia http://www.irisa.fr/cairn/
