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RÉSUMÉ
Les cartes informatiques, utilisées dans les produits de bureautique, portables ou destinés à des systèmes d’entreprises, sont constituées d’un grand nombre de composants standards et de mémoires autour de processeurs assurant le traitement des données. Elles sont caractérisées par des performances élevées, une très grande complexité et des caractéristiques physiques exigeantes liées aux contraintes électriques et thermiques et mécaniques des processeurs. Les processeurs en pleine évolution et les nombreux challenges technologiques influencent fortement les règles de conception de ces cartes.
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Jean JOLY : Ingénieur ENSEA - Ancien Responsable Développement Packaging Bull SA - Consultant 3JConseil
INTRODUCTION
Les cartes informatiques sont-elles différentes des autres supports d’interconnexion ? Qui différencie ces cartes des autres circuits imprimés couramment utilisés dans d’autres produits ou systèmes électroniques ?
D’après le découpage de iNEMI , ces cartes sont utilisées dans les familles des produits « bureautique et gros systèmes d’entreprises », par exemple, les systèmes de stockage de masse, les serveurs et ordinateurs de bureau, les postes de travail et les ordinateurs personnels, ou bien dans les « produits portables », par exemple les ordinateurs portables, les PDA, les notebooks, etc.
Les cartes de ces produits sont constituées par l’assemblage d’un grand nombre de composants standards et de mémoires autour d’un ou plusieurs processeurs qui assurent le traitement des données.
Les cartes informatiques sont caractérisées par :
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des performances électriques élevées (rapidité) liées à celle des processeurs ;
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une très grande complexité liée à l’important nombre d’interconnexions des composants ;
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des caractéristiques physiques exigeantes liées aux contraintes électriques et thermiques et mécaniques des processeurs.
En général, les cartes informatiques nécessitent donc :
-
des grandes dimensions ;
-
un nombre de couches important pour assurer le routage des signaux ;
-
des matériaux performants pour assurer la rapidité des signaux sans en altérer la forme ;
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des propriétés thermomécaniques qui permettent de garantir le refroidissement des processeurs et d’assurer la fiabilité de fonctionnement des systèmes.
Dans ce dossier [] et le suivant [], nous analysons successivement tous les points liés à la conception des cartes en partant de l’évolution des processeurs et des challenges technologiques à prévoir dans les prochaines années.
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2. Évolution des processeurs
Les processeurs constituent le cœur des systèmes informatiques et la conception des cartes est organisée autour de ces composants. En 1965, Gordon Moore, l’un des fondateurs de Intel prédisait que le progrès technologique permettrait de doubler le nombre de transistors sur les circuits intégrés tous les deux ans et que leur rapidité serait en constante progression du fait de la diminution de leurs dimensions. Le tableau 4 et la figure 1 illustrent la loi de Moore et son application aux microprocesseurs de la gamme Intel .
2.1 Rapidité
L’augmentation de la fréquence des processeurs (fréquence d’horloge et des bus systèmes (figure 2)) constitue une des difficultés majeures dans la conception des cartes. En effet, les dimensions des conducteurs actifs des cartes sont désormais égales ou inférieures à la longueur d’onde des signaux et les phénomènes de réflexion doivent être évités. Afin de ne pas perdre les performances des processeurs, les liaisons entre composants (par exemple, processeur/cache ou processeurs vers circuits d’interface/système) doivent être les plus courtes possibles et ne générer aucun parasite. L’approche multichip modules faite par certains constructeurs (par exemple, IBM (systèmes 9000) et NEC (systèmes ACOS)) sur leurs ordinateurs haut de gamme a été un moyen utilisé pour améliorer la rapidité des signaux entre puces). Par ailleurs, l’augmentation de la bande passante des systèmes exige également de travailler à des fréquences aux limites inférieures des hyperfréquences. Cela entraîne des contraintes au niveau du respect des impédances de ligne des conducteurs qui transmettent les signaux et des précautions sont à prendre pour éviter les phénomènes parasites induits par les couplages ou rayonnements. Un découplage efficace des alimentations doit être effectué pour limiter les bruits de commutation.
HAUT DE PAGE2.2 Puissance dissipée
La figure ...
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Évolution des processeurs
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - International Electronics Manufacturing Initiative : INemi Road Map Edition (2004).
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(2) - * - International Technology Roadmap for Semi Conductors ITRS Edition (2005).
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(3) - * - International Printed Circuit IPC National Technology Roadmap Overview (2002/2003).
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(4) - * - Intel : Technology Journal et Technology @ Intel Magazine.
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(5) - Material and Processes for Microwave. - ISHM (1991).
-
(6) - CHEN (R.Y.) - Signal Integrity. - Sigrity, Inc. IEEE EMC Symposium.
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(7) - BOGATIN (E.) - Printed Circuit Design and Manufacturing. -
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