ASICs et logiciels CAO associés : Les circuits programmables

Présentation

Auteur(s)

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)

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

INTRODUCTION

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 21^e 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).

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93 % à découvrir.

Pour explorer cet article Consulter l'extrait gratuit

Déjà abonné ? Se connecter

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-e2492

Lecture en cours
Présentation

Page
suivante

Méthodologies de conception

Article inclus dans l'offre

"Électronique"

(238 articles)

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.

Des contenus enrichis

Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.

Des modules pratiques

Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.

Des avantages inclus

Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.

Voir l'offre

3. Les circuits programmables

Ce sont des composants standards programmables électriquement une seule fois (fusibles), ou plusieurs fois (reconfigurables).

Principes

Les architectures de ces circuits offrent un ensemble de ressources logiques (portes, bascules, etc.) qui peuvent être interconnectées de différentes façons : réalisation de fonctions booléennes sous forme d’une somme limitée de monômes (circuits PAL, PLD), ou d’un réseau de cellules (FPGA). Les technologies de fabrication sont nombreuses : fusibles en métal pour les premiers circuits programmables réalisés dans des technologies bipolaires, antifusibles (capacités), transistor MOS à grille flottante (EPLD), mémoire RAM statique (FPGA-SRAM) ou flash. On trouve ainsi trois catégories :
- Les circuits élémentaires de type PLD (Programmable Logic Device ), de faible complexité et à architecture régulière (un plan « ET » pour construire les monômes, suivi par un plan « OU » pour réaliser les fonctions logiques (figure 10).
- Les circuits de type CPLD (Complex Programmable Logic Device ), aujourd’hui réalisés en technologies MOS, dont les architectures sont basées sur un assemblage de structures régulières de type PLD. C’est dans cette catégorie que l’on trouve notamment les EPLD (Erasable Programmable Logic Device ), caractérisés par l’utilisation d’un procédé MOS particulier décrit dans la figure 11 (transistor MOS à double grille, une des grilles, « flottante », permettant de rendre le transistor passant ou bloqué lors de la programmation, l’effacement se faisant de manière électrique ou par l’utilisation d’un rayonnement ultraviolet pour décharger la grille flottante).
- Les FPGA (Field Programmable Gate Array ), dont l’architecture correspond à une matrice de blocs logiques séparés par des réseaux d’interconnexion. On distingue les FPGA non reprogrammables (technologies de type antifusible, offrant les meilleures performances en termes de densité d’intégration et de vitesse), et les FPGA reprogrammables (technologies de type SRAM par exemple).
  
  Les circuits FPGA-SRAM, introduits à la fin des années 1980, offrent des spécificités particulières (figure ...