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RÉSUMÉ
Les progrès dans le domaine de la technologie des circuits intégrés associés au développement d’outils automatiques d’aide à la conception ont permis l’émergence de systèmes capables de contenir sur un seul circuit plusieurs dizaines de milliards de transistors (VLSI). Cet article présente l’ensemble des étapes de conception de ces circuits numériques (modèles, langages) et les étapes automatisées de synthèses comportementale, logique et physique. Il aborde aussi la conception de systèmes sur des architectures multiprocesseurs et les perspectives d’évolution de ces systèmes intégrés.
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Frédéric ROUSSEAU : Maître de conférences des universités - Université Joseph Fourier - Grenoble - Chercheur au laboratoire TIMA - SLS
INTRODUCTION
Les progrès réalisés dans le domaine de la technologie des circuits intégrés ont permis de réduire de façon spectaculaire la taille des dispositifs. Ces technologies submicroniques permettent d’intégrer sur un même circuit plusieurs millions de transistors. Dans le même temps, les outils automatiques d’aide à la conception ont évolué et rendent possible l’intégration de ces millions de transistors sur un seul circuit. Mais la complexité des applications (notamment multimédia) est telle qu’elle entraîne une augmentation considérable de la durée de développement. Dans ce contexte, les outils et les méthodes de conception conventionnels de circuits intégrés ne sont plus adaptés et la recherche de nouvelles méthodes de conception conduit à la conception de systèmes, réalisés avec des composants logiciels (machines programmables, microprocesseurs...) et des composants matériels (circuits intégrés spécifiques...).
Ces nouvelles méthodes s’appuient sur des techniques et des outils largement utilisés en conception de circuits, et proposent aux concepteurs de systèmes de se focaliser sur des choix d’architecture et de technologie. Les étapes finales de conception sont alors faites par des outils automatiques.
Ce présent article fait le point sur les méthodes et les techniques de conception de systèmes et circuits numériques, depuis la spécification du système jusqu’à l’obtention des masques permettant de réaliser physiquement le circuit.
La première partie de cet article présente les méthodes, les modèles et les langages utilisés dans les différentes étapes de conception de systèmes. Un flot classique de conception est ensuite présenté. Certaines étapes de la conception de systèmes intégrés, notamment la synthèse comportementale, puis la synthèse logique et physique, sont détaillées. La dernière partie est consacrée à l’évolution des systèmes intégrés, d’abord en présentant les systèmes monopuces, puis en donnant quelques perspectives des réseaux sur puce.
Enfin, cet article fournit des références permettant au lecteur souhaitant approfondir certains domaines de se reporter à d’autres ouvrages et articles plus spécialisés.
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- Version courante de nov. 2018 par Frédéric ROUSSEAU, Olivier MULLER
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5. Tendances et bilan
5.1 Évolution vers la conception des circuits multiprocesseurs monopuces
La complexité des applications dans les domaines du multimédia, de la téléphonie mobile ou des jeux est telle que les systèmes qui réalisent ces fonctions sont composés de plusieurs processeurs (ou nœuds de calcul) associés à des composants existants interconnectés par un réseau de communication performant (figure 15). À cela s’ajoute un espace mémoire pour stocker un volume de données très important puisque, dans certaines applications, la moitié de la surface du système est due à la mémoire. Étant donné que tous ces systèmes correspondent à des marchés de masse, ils sont tous (ou seront) intégrés sur une seule puce (SoC pour System on Chip ou système monopuce) afin de réduire les coûts de production. Il est prévu que ces systèmes soient les principaux vecteurs d’orientation de toute l’industrie des semiconducteurs.
L’architecture de ces systèmes multiprocesseurs monopuces est décomposée en couches (figure 16) pour maîtriser la complexité des parties matérielle et logicielle. La couche la plus basse de la partie matérielle contient les principaux composants de l’architecture. La couche du réseau de communication est un ensemble de dispositifs qui permet aux différents composants d’interagir. Il s’agit maintenant d’un réseau de communication complexe. Les couches supérieures concernent la partie logicielle. La couche d’interface logiciel/matériel isole le matériel (auquel elle est intimement liée) du reste du logiciel à l’aide de fonctions de bas niveau permettant d’accéder aux ressources matérielles. Les programmes de l’application (couche haute) sont adaptés à l’architecture par un ensemble de fonctions de gestion de ressources (partage du temps du processeur, de la mémoire...), généralement réalisées par le système d’exploitation.
Un tel modèle d’architecture induit des changements dans la méthode de conception.
Au niveau de l’architecture matérielle, les composants de base sont séparés de la couche de communication. Dans les schémas traditionnels, le travail de l’architecte consistait à tailler des composants sur mesure afin de prévoir les interconnexions de manière efficace et d’obtenir les meilleures performances. Ce schéma...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AIRIAU (R.), BERGE (J.M.), OLIVE (V.), ROUILLARD (J.) - VHDL : langage, modélisation, synthèse. - Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (1998).
-
(2) - DE MICHELI (G.) - Synthesis and Optimization of digital Circuits. - Graw Hill (1994).
-
(3) - GAJSKI (D.) - High Level Synthesis : Introduction to Chip and System Design. - Kluwer Academic Publishers (1992).
-
(4) - GAJSKI (D.D.), VAHID (F.) - Specification and Design of Embedded Hardware-Software Systems. - IEEE Design & Test of Computers, p. 53-67, printemps (1995).
-
(5) - GAJSKI (D.D.), ZHU (J.), ZOMER (R.), GERSTLAUER (A.), ZHAO (S.) - SpecC Specification Language and Methodology. - Kluwer Academic Publishers (1997).
-
(6) - JERRAYA (A.A.) - Behavioral Synthesis and Component reuse with VHDL. - Kluwer Academic Publishers (1997).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
SystemC Design Language http://www.systemc.org/
Laboratoire TIMA http://tima.imag.fr/
Design Automation Conference http://www.dac.com/
Design Automation & Test in Europe http://www.date-conference.com/
International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) http://public.itrs.net/
Vendeurs d’outils de CAO : Synopsys http://www.synopsys.com/
Cadence http://www.cadence.com/
HAUT DE PAGE2 Thèses récentes (concernant le paragraphe 5.1)
* - http://corail.sudoc.abes.fr
GHARSALLI (F.) - Conception des interfaces logiciel-matériel pour l’intégration des mémoires globales dans les systèmes monopuces. - Thèse de doctorat d’informatique, INPG, soutenue le 1er juillet 2003.
BAGHDADI (A.) - Exploration et conception systématique d’architectures multiprocesseurs monopuces dédiées à des applications spécifiques. - Thèse de doctorat de microélectronique, INPG, soutenue le 14 mai 2002.
* - Un exemple de système intégré monopuce est montré figure .
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