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RÉSUMÉ
Cet article introduit la conception conjointe matériel/logiciel des systèmes intégrés sur puce, en exposant les principes et concepts généraux servant à décrire, évaluer/analyser et mettre en œuvre ces systèmes. Il s’appuie sur les étapes clés telles que : la spécification et la modélisation des caractéristiques d’un système (exigences, fonctionnalités), le partitionnement en parties matérielle et logicielle, la synthèse et vérification permettant d’inférer des mises-en-œuvre des deux parties et garantir les exigences des systèmes ; sans oublier la question méthodologique, cruciale pour le concepteur. Il se termine par une réflexion sur l’impact des technologies émergentes (mémoires non volatiles) et des nouveaux paradigmes de calcul (neuro-inspiré, quantique) sur la conception conjointe.
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Abdoulaye GAMATIE : Directeur de Recherche au CNRS, - Laboratoire d’Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM)
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Lionel TORRES : Professeur à l’Université de Montpellier, Polytech’Montpellier - Laboratoire d’Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM)
INTRODUCTION
Les circuits intégrés permettent l’intégration de fonctions logiques dans une puce de silicium, fonctions basées sur un élément unitaire qui est le transistor. La puissance de ces circuits augmente avec le nombre de transistors, mais une limitation apparaît. En effet, la dissipation thermique devient trop importante en présence d’un grand nombre de composants. Les architectures parallèles offrent une réponse intéressante à cette limitation, puisque la puissance dissipée ne varie plus exponentiellement avec la puissance de calcul comme dans une machine monoprocesseur, mais linéairement sur une machine multiprocesseur.
Par ailleurs, des évolutions importantes apparaissent également aux niveaux logiciel et applicatif. Au regard de tous ces changements, la méthodologie dite de conception-conjointe ou « co-conception » matériel/logiciel apporte une réponse intéressante pour une implantation efficace des systèmes intégrés sur puce.
Cet article offre un aperçu général des principes et concepts généraux relatifs à la conception conjointe matériel/logiciel. Cela est organisé autour des principales étapes d’un flot classique de conception : dans un premier temps, nous abordons la question de la spécification et de la modélisation ; ensuite, nous introduisons les enjeux du partitionnement matériel/logiciel, suivi d’une présentation générale concernant la synthèse et les techniques de vérification ; enfin, des aspects méthodologiques sont discutés au travers d’une illustration basée sur quelques environnements de conception conjointe basée sur des modèles. En guise de discussion ouverte sur une évolution possible des pratiques courantes en conception conjointe matériel/logiciel, nous proposons une brève réflexion concernant les technologies émergentes et les nouveaux paradigmes de calcul.
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7. Conclusion
Dans cet article, nous avons présenté un aperçu des principes et concepts généraux utilisés dans la conception conjointe matériel/logiciel des systèmes intégrés sur puce. Ces derniers connaissent une évolution continue dont l’une des conséquences majeures est la complexité croissante à la fois du matériel et du logiciel, avec des exigences accrues en performance et en efficacité énergétique. Dans ce contexte, le défi quant à leur conception est très important. C’est la raison pour laquelle nous nous sommes attachés à passer en revue un certain nombre de notions utiles dans la construction d’approches de conception susceptibles de répondre à ce défi. La présentation de ces notions a été articulée autour des étapes d’un flot classique de conception conjointe. Parmi les observations possibles, il nous semble que la modélisation, de par les possibilités d’abstraction, d’expressivité, de flexibilité et de raisonnement qu’elle offre, est une des réponses importantes face à la complexité élevée des systèmes actuels. Cela explique l’émergence ces dernières années de méthodologies et d’environnements de co-modélisation, favorisée dans le même temps par la vitalité de l’ingénierie dirigée par les modèles en génie logiciel. Nous en avons donné une illustration à travers un exemple d’environnement.
D’autre part, on assiste de plus en plus à l’émergence de technologies telles que les mémoires non volatiles qui ouvrent des opportunités nouvelles quant à des architectures plus performantes et efficaces énergétiquement. Dans le même temps, l’essor de paradigmes tels que le calcul neuro-inspiré ou le calcul quantique apporte également des pistes potentielles pour repenser le calcul afin de le mettre en adéquation avec les usages futurs, par exemple au travers de systèmes auto-adaptatifs intelligents. Une brève réflexion autour de ces paradigmes a été abordée dans cet article en guise de perspective car leur avènement doit forcément s’accompagner d’une réflexion globale, pouvant remettre en question les pratiques actuelles en conception conjointe matériel/logiciel.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BENVENISTE (A.), CASPI (P.), EDWARDS (S.A.), HALBWACHS (N.), LE GUERNIC (P.), DE SIMONE (R.) - « The synchronous languages twelve years later ». - Proceedings of the IEEE, 91 (1) : 64-83 (January 2003).
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(4) - MILNER (R.) - Communication and Concurrency. - Prentice Hall, International Series in Computer Science, ISBN 0-13-115007-3 (1989).
-
(5) - JANTSCH (A.), SANDER (I.) - « Models of computation and languages for embedded system design ». - vol. 152, n° 2, pages 114-129, IEE...
ANNEXES
SynDEx
SysML
UML
Simulink
https://fr.mathworks.com/products/simulink.html
Accelera SystemC
http://accellera.org/downloads/standards/systemc
Modelica
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