Etude de la technologie SOI partiellement désertée à très basse tension pour minimiser l'énergie dissipée et application à des opérateurs de calcul.
Résumé
L'évolution des technologies des semi-conducteurs vers des géométries de plus en plus fines permet un accroissement des performances et des fonctionnalités par puce mais s'accompagne simultanément d'une augmentation de la puissance dissipée. Alors que les utilisateurs sont de plus en plus friands d'applications portables, la conception de circuits intégrés doit désormais prendre en compte le budget de puissance alloué. Il est donc essentiel de développer des circuits microélectroniques très basse puissance. La réduction de la tension d'alimentation VDD s'avère une approche très intéressante puisque cela permet de réduire la puissance dynamique quadratiquement et la puissance statique des courants de fuite exponentiellement. L'utilisation de tensions d'alimentation très basses (ULV) a été explorée à Stanford dès 1990 en utilisant une technologie spéciale, dont les transistors possèdent des tensions de seuil proches de zéro volt. Cependant, bien que réduire fortement la tension d'alimentation soit une méthode efficace pour diminuer la consommation, elle ne peut pas être appliquée arbitrairement car cela affecte négativement les performances, le délai dans les portes augmentant exponentiellement lorsque VDD devient inférieur à la tension de seuil. Il faut donc trouver un compromis entre vitesse et consommation. Du point de vue technologique, la technologie SOI-PD (Silicium sur Isolant Partiellement Désertée) s'avère très intéressante en ULV: elle présente des performances entre 25% et 30% supérieures à celles obtenues en CMOS à substrat massif. La technologique SOI permet donc de diminuer la consommation des circuits intégrés à fréquence de fonctionnement égale. Pour mieux appréhender le comportement des transistors SOI opérés en inversion faible, un modèle analytique et physique simple a tout d'abord été développé. La consommation d'un circuit dépendant fortement du style logique employé, plusieurs styles ont été comparés et celui présentant le meilleur produit puissance-délai a été choisi pour réaliser une bibliothèque de cellules standards. La problématique de la propagation de données sur des interconnexions longues, alors que les transistors fournissent peu de courant, a été abordée: un nouveau circuit de transmission en mode courant a été proposé. Enfin, un circuit de traitement d'image par paquets d'ondelettes a été développé et synthétisé grâce à la bibliothèque précédente.
Domaines
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