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Michel ROBERT : Membre de l’Institut universitaire de France - Professeur à l’université Montpellier 2 - Professeur de CAO de systèmes microélectroniques à l’ISIM (Institut des sciences de l’ingénieur de Montpellier)
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Lire l’articleINTRODUCTION
La microélectronique à base de silicium est déjà aujourd’hui et sera encore davantage demain un des moteurs essentiels dans la construction de la nouvelle société de l’information et de la communication du 21e siècle. Le secteur des équipements et systèmes électroniques est un des premiers secteurs industriels mondiaux. L’industrie électronique concerne plusieurs segments. Certains nécessitent des circuits intégrés très performants : ce sont les secteurs qui concernent les technologies de l’informatique et les télécommunications. Pour d’autres, des circuits moins performants sont suffisants : ce sont les secteurs de l’électronique grand public et de l’électronique industrielle. L’électronique pour l’automobile et les transports, quant à elle, suppose un fonctionnement de circuits fiables dans un environnement sévère. Enfin, l’électronique militaire et spatiale est un secteur stratégique et très spécifique mais qui, compte tenu des contraintes budgétaires, fait appel de plus en plus à des circuits se satisfaisant des technologies de fabrication développées pour les autres segments.
Un circuit intégré conçu de nos jours dans une technologie CMOS submicronique utilise plusieurs dizaines de millions de transistors de très faibles dimensions sur une surface de quelques centimètres carrés. De plus, il fonctionne à une fréquence élevée (plus de 2 GHz pour les processeurs actuels) et dissipe une puissance importante. Les performances techniques recherchées pour les téléphones mobiles sont une bonne illustration des objectifs à atteindre dans des marchés où la compétition est très forte : faible poids, faible volume, grande autonomie, bonne couverture géographique, faible coût. Ces performances sont atteintes en intégrant l’ensemble des fonctions sur un ou deux circuits intégrés spécifiques.
Le nombre de transistors par circuit intégré double tous les un an et demi. Cette évolution déterministe a été prédite par la « loi de Moore » (du nom de G. Moore, cofondateur de la société Intel) et s’est vérifiée sur les trente dernières années. Ce prodigieux essor a été rendu possible par les progrès concernant aussi bien l’architecture des transistors et leurs technologies de fabrication que l’architecture des circuits et les méthodes de conception assistée par ordinateur (CAO). La croissance exponentielle du nombre de transistors sur une seule puce (une puce est le morceau de silicium sur lequel est réalisé le circuit intégré), conséquence de l’évolution des technologies de fabrication, permet d’y intégrer des fonctions de plus en plus complexes, avec de plus en plus de fonctionnalités, jusqu’à l’intégration de systèmes complets ; d’où le nom de ASIC (Application Specific Integrated Circuit : circuit intégré pour applications spécifiques).
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6. Conclusion
L’évolution des techniques de conception et de fabrication des circuits intégrés permet aujourd’hui de réaliser des systèmes intégrés de grande complexité. Diverses alternatives d’architectures basées sur des compromis entre logique « cablée » et logique « programmée » permettent de trouver un équilibre entre les contraintes d’efficacité et de flexibilité : pour une même architecture, c’est le logiciel embarqué (ou enfoui, ou embedded ) qui permet (et permettra de plus en plus) de personnaliser et d’adapter le circuit à une application. Le concepteur d’ASICs a « manipulé » des transistors et des bibliothèques de cellules pendant les années 1980, des blocs fonctionnels pendant les années 1990 ; il assemble déjà (et il assemblera de plus en plus) des composants virtuels complexes (qu’il configurera par programmation) pendant la prochaine décennie (figure 35). Pour des raisons essentiellement économiques, deux techniques de réalisation des systèmes électroniques se dégagent (figure 36) :
Matériel standard : réalisations basées sur des composants programmables au niveau matériel (FPGA) ou logiciel (processeurs). Cette technique souple est adaptée à la fabrication de prototypes ou de petites/moyennes séries, et est accessible à un grand nombre d’utilisateurs. Un circuit FPGA permet aujourd’hui d’intégrer plusieurs centaines de milliers de portes logiques, en intégrant pour certains des cœurs de processeurs (cablés ou synthétisés), que l’utilisateur peut configurer.
Matériel spécifique : réalisations basées sur la conception de systèmes sur puce (SOC) spécifiques, en utilisant des composants virtuels (IP). Cette technique permet d’obtenir les meilleurs performances techniques (vitesse, puissance, surface), mais compte tenu des coûts (moyens humains, logiciels, coûts des prototypes, etc.) elle est réservée à des fabrications en grandes séries.
La figure 37 résume l’architecture d’un circuit intégré spécifique dans les prochaines années :
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matériel reconfigurable, avec des blocs FPGA et des interconnexions reconfigurables ;
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architectures composées de multiprocesseurs hétérogènes...
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BIBLIOGRAPHIE
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