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« Polarisation de substrat à partir de micro-générateurs distribués pour une gestion de l’énergie pilotée par l’activité dans les technologies FD-SOI ».

Auteur : O. Rolloff
Directeur de thèse : L. Fesquet
Président du jury : B. Allard
Rapporteur(s) de thèse : L. Hébrard, D. Dragomirescu,
Examinateur(s) de thèse : S. Basrour,
These de Doctorat Université Grenoble Alpes
Spécialité : Nanoélectronique et Nanotechnologies
Soutenance : 03/12/2019
ISBN : 978-2-11-129259-8

Résumé

Avec la croissance exponentielle des systèmes embarqués et des objets appelés IoT, les besoins de réduction de la consommation d'énergie pour des raisons environnementales et économiques requièrent de meilleures stratégies de gestion de l'énergie qui ne compromette pas les performances des circuits. Or, les transistors CMOS atteignent aujourd’hui des limites physiques en dimension et les possibilités d'amélioration des circuits intégrés sont désormais plutôt du côté de la conception.A cet égard, il est intéressant de noter que la consommation énergétique des circuits numériques complexes est excessive durant les périodes d'inactivité et qu’ils ont une propension à activer plus de blocs logiques que nécessaire durant les périodes d’activité. Ces inconvénients résultent essentiellement du paradigme synchrone. Les circuits asynchrones possèdent, quant à eux, des signaux de synchronisation locaux qui limitent l'activation inutile des blocs dans les circuits permettant ainsi d’avoir un mode « faible consommation » natif. De plus, ces signaux sont également utilisables pour gérer localement la polarisation du substrat dans les technologies FD-SOI (Fully Depleted Silicon On Insulator) afin d'économiser de l'énergie. Cette thèse propose une stratégie dédiée aux circuits asynchrones pour qu’ils exploitent efficacement la polarisation du substrat dans les technologies FD-SOI. Tout d'abord, une analyse de la technologie FD-SOI a été réalisée afin de comprendre les degrés de liberté supplémentaires offerts aux concepteurs, notamment en contrôlant la tension de seuil des transistors (Vth) grâce à la polarisation du substrat. Cette dernière est en effet capable de modifier la vitesse du transistor et sa consommation d'énergie. Dans un second temps, une cellule standard dédiée à la polarisation du substrat a été conçue à partir d’une architecture de level shifter. Cette cellule permet d'adapter localement la tension de polarisation du substrat. Enfin, nous avons proposé un dispositif distribué de gestion de l’énergie, qui est piloté par l'activité. Ainsi, il est possible gérer aisément un grand nombre de domaines polarisés (BBDs). Finalement, les techniques mentionnées ci-dessus ont été mises en œuvre et testées dans une puce conçue en technologie FD-SOI 28 nm de STMicroelectronics.