Laboratoire TIMA

Thèses soutenances


« Support matériel pour la communication inter-processus dans un système multi-cœur ».

Candidat : M. France-Pillois

Directeur de thèse : F. Rousseau

Thèse de Doctorat : These de Doctorat, Université de Grenoble

Spécialité : Micro et Nano Electronique

Soutenance : September 27th, 2018 - 14:00 Bâtiment GreEn-ER - 21 Avenue des Martyrs - CS 90624 - 38031 GRENOBLE CEDEX 1 - Amphi 2A006

Résumé

La forte parallélisation des applications MPSoC accroît le besoin d'optimisation des mécanismes de synchronisation, primordiaux pour l'échange sûr d'informations entre processus. En effet, les délais qu'ils introduisent impactent les performances globales des MPSoC. L'objet de cette thèse est d'étudier puis d'optimiser les performances temporelles de ces mécanismes de synchronisation. La complexité croissante des MPSoC impose l'étude précise des mécanismes ciblés dans un environnement réaliste mettant en exergue les spécificités logicielles et matérielles.Les outils de mesures disponibles ne répondant pas à nos exigences de précision conjuguée à la vitesse d'analyse, nous avons conçu notre propre chaîne de mesure non intrusive reposant sur une plateforme d'émulation. Appliquée à l'étude de l'implémentation GNU du mécanisme de barrière de synchronisation offert par la bibliothèque d'aide à la parallélisation de code OpenMP, notre chaîne de mesure a mis en évidence deux faiblesses d'implémentation, aboutissant à la mise en place d'optimisations logicielles et matérielles réduisant de manière significative les délais de ce mécanisme. La chaîne de mesure développée nous a également permis de vérifier une hypothèse structurante pour l'optimisation : un verrou, bien qu'utilisé par plusieurs cœurs de différentes grappes au cours de l'application, est très souvent repris par le dernier cœur l'ayant libéré. Sur la base de ce constat, nous proposons une solution innovante assurant, de manière totalement décentralisée, la relocalisation dynamique des verrous dans la mémoire proche du cœur ayant obtenu l'accès. Cela permet de réduire la latence d'accès et le trafic réseau lors de la réutilisation d'un verrou par une même grappe.

 

« Conception, modélisation et évaluation d’un générateur piézoélectrique à déclenchement thermomagnétique ».

Candidat : A. Rendon

Directeur de thèse : S. Basrour

Président du jury : J. Delamare

Thèse de Doctorat : These de Doctorat, Université de Grenoble

Spécialité : Micro et Nano Electronique

Soutenance : September 27th, 2018 - 10:30 GRENOBLE INP (Viallet) - Amphi Gosse

Résumé

La récupération d’énergie thermique peut être réalisée par de nombreuses techniques de transduction d’énergie. Les techniques directes de conversion d’énergie thermique en énergie électrique sont généralement les technologies les plus utilisées. Lorsque des générateurs miniaturisés son requis, des méthodes de conversion directe présentent des difficultés, y compris la nécessité des dissipateurs de chaleur volumineux ou la forte dépendance aux fluctuations de température rapides. Par conséquent, les méthodes de conversion indirecte, comme la conversion d’énergie thermique vers la mécanique et puis la mécanique vers l’électrique, sont présentées comme des alternatives aux récupérateurs d’énergie pour alimenter des capteurs autonomes. Cette technologie ouvre un nouvel axe de recherche pour surmonter les contraintes des systèmes de récupération d’énergie thermique à petite échelle. Même si leur rendement est relativement faible en raison des pertes liées aux étapes de conversion d’énergie, les capteurs d’énergie basés sur l’effet thermomagnétique présentent une densité de puissance élevée lors de leur miniaturisation. Néanmoins, peu de recherches sur la récupération d’énergie thermomagnétique à petite échelle ont été menées et aucune étude de faisabilité industrielle n’a été signalée jusqu’à présent. Ces travaux présentent la conception d’un générateur capable de convertir de faibles et lentes fluctuations de température ambiante en électricité. Ce générateur exploite l’effet thermomagnétique d’un matériau magnétique doux, à savoir l’alliage de fer et de nickel (FeNi) ainsi que la piézoélectricité. Lorsqu’un matériau présentant une thermo-aimantation est soumise à un champ magnétique externe et constant ainsi qu’à des variations temporelles de température, une force magnétique dépendante de la température est produite ; cette force déclenche le mouvement mécanique d’une structure. La structure consiste en un bimorphe piézoélectrique (PZT) en configuration poutre encastrée-libre. Le générateur a deux positions stables : la position ouverte et la position fermée. En modifiant la température de l’alliage magnétique doux, l’interaction entre deux forces du système (forces magnétique et mécanique) amène le générateur à l’une de ses deux positions. La température de Curie du FeNi étant proche de la température ambiante, des applications comme des dispositifs connectés portables peuvent être ciblées. Un modèle analytique est développé afin de prédire les performances du générateur. En utilisant ce modèle, une conception rapide du générateur est réalisée pour répondre aux cahiers des charges tels que : la température d’opération, la plage de températures de fonctionnement, la réponse thermique, les capacités de conversion piézoélectrique, etc. De plus, des règles de conception principales ont été dérivées à partir des paramètres de conception du générateur. Une attention particulière a été accordée à la manière dont la réduction de la taille du générateur affecte le comportement du générateur. Des modélisations par éléments finis sont développés sous ANSYS afin de valider notre modèle analytique simplifié. Ces modèles numériques prennent en compte le système multi-physique. Ces modèles permettent aux concepteurs d’explorer d’autres matériaux et de faire des améliorations en utilisant des processus d’optimisation de la conception. Des prototypes des récupérateurs d’énergie atteignent des densités de puissance de 0.88µWcm-3 pendant des commutations d’ouverture à 41°C et 0.03µWcm-3 pendant des commutations de fermeture à 24°C. En réduisant la taille du générateur, des commutations d’ouverture à 32°C et des commutations de fermeture à 29°C, sont atteints. Des paramètres de conception tels que la distance initiale de séparation entre l’aimant permanent et l’alliage magnétique doux sont identifiés comme une piste d’amélioration pour augmenter la capacité de conversion d’énergie du générateur. Enfin, un modèle équivalent électrique de ce générateur piézoélectrique à déclenchement thermomagnétique est développé afin de concevoir un circuit d’extraction d’énergie ainsi qu’un module de gestion d’énergie. Ce circuit est développé sous PSpice, permettant de mettre en œuvre des pertes liées aux matériaux (pertes mécaniques et diélectriques). En utilisant des processus d’ajustement de courbe, ce modèle est capable de retrouver les valeurs de pertes. Une analyse de la variabilité de la conception est réalisée en utilisant le modèle analytique sous Matlab afin d’explorer la faisabilité industrielle d’un tel générateur. Pour conclure, la collecte d’énergie thermomagnétique peut concourir, pour la première fois, avec les thermogénérateurs les plus modernes.

 

« Conception de générateurs sinusoïdaux embarqués pour l'auto-test des circuits mixtes ».

Candidat : H. Malloug

Directeur de thèse : S. Mir

Président du jury : D. Dallet

Thèse de Doctorat : These de Doctorat, Université de Grenoble

Spécialité : Microélectronique

Soutenance : September 28th, 2018 - 10:45 GRENOBLE INP (Viallet) - Amphi C

Résumé

Développer un générateur de signal analogique efficace est un élément clés pour les BIST des circuits analogiques et mixtes afin de produire le stimulus de test approprié, et remplacer les générateurs de signaux externes couteux dans les protocoles de standard de test fonctionnel analogique et mixte. Dans cette optique, nous présentons dans cette thèse des stratégies différentes de génération de signal sinusoïdal, basées sur les techniques d’annulation d’harmonique, pour le design d’un synthétiseur embarqué de signal sinusoïdal à haute fréquence. Les générateurs proposés utilisent des circuits numériques pour produire un ensemble de signaux carrés déphasés. Ces signaux carrés sont pondérés et combinés en appliquant différentes stratégies d’annulation d’harmonique dans un convertisseur numérique-analogique simplifié. Le générateur sélectionné permet d’annuler toutes les harmoniques en dessous de la 11ème. De plus, une simple stratégie de calibration a été conçue pour compenser l’effet de mismatch et de la variation de process de fabrication sur l’efficacité de la technique d’annulation d’harmonique. La simplicité du circuit rend cette approche adaptable pour le BIST des circuits intégrés analogique et mixte. Les modèles comportementaux, les simulations électriques d’un design en 28 nm FDSOI et les résultats expérimentaux sont fournis pour valider la fonctionnalité du générateur proposé. Les résultats obtenus montrent des performances du circuit calibré autour de 52 dB de SFDR pour un signal généré à 166 MHz.

 

« Simulation et modélisation des effets de l'injection de fautes laser sur les circuits intégrés ».

Candidat : R.A.C. Viera

Directeur de thèse : P. Maurine

Thèse de Doctorat : These de Doctorat, Université de Grenoble

Spécialité : Nanoélectronique et Nanotechnologies

Soutenance : October 2nd, 2018 - 10:00 LIRMM - Bâtiment 4 - 161, rue Ada - 34095 MONTPELLIER

Résumé

Laser fault injections induce transient faults into ICs by locally generating transient currents that temporarily flip the outputs of the illuminated gates. Laser fault injection can be anticipated or studied by using simulation tools at different abstraction levels: physical, electrical or logical. At the electrical level, the classical laser-fault injection model is based on the addition of current sources to the various sensitive nodes of CMOS transistors. However, this model does not take into account the large transient current components also induced between the VDD and GND of ICs designed with advanced CMOS technologies. These short-circuit currents provoke a significant IR drop that contributes to the fault injection process. This paper describes our research on the assessment of this contribution. It shows by simulation and experiments that during laser fault injection campaigns, laser-induced IR drop is always present when considering circuits designed in deep submicron technologies. It introduces an enhanced electrical fault model taking the laser-induced IR-drop into account. It also proposes a methodology that allows the use of the model to simulate laser-induced faults at the electrical level in large-scale circuits. On the basis of further simulations and experimental results, we found that, depending on the laser pulse characteristics, the number of injected faults may be underestimated by a factor as large as 2.4 if the laser-induced IR-drop is ignored. This could lead to incorrect estimations of the fault injection threshold, which is especially relevant to the design of countermeasure techniques for secure integrated systems.

 

« Infrastructure portable pour un système hétérogène reconfigurable dans un environnement de cloud-FPGA ».

Candidat : A. Wicaksana

Directeur de thèse : F. Rousseau

Thèse de Doctorat : These de Doctorat, Université de Grenoble

Spécialité : Nanoélectronique et Nanotechnologies

Soutenance : October 2nd, 2018 - 14:00 GRENOBLE INP (Viallet) - Amphi C

Résumé

La haute performance ainsi que la basse consommation d’énergie offertes par les Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) contribuent à leur popularité en tant qu’accélérateurs matériels. Cet argument a été confirmé par les intégrations récentes des FPGAs "dans les nuages" et les centre de données. Toutefois, le potentiel d’une architecture reconfigurable peut être encore optimisé en traitant les FPGAs comme une ressource virtualisée et en offrant un support multitâche. La solution pour interrompre une tâche sur FPGAs qui a pour objectif d’effectuer un changement de contexte matériel (hardware context switch) est un sujet de recherche depuis de nombreuses années. Les travaux précédents ont principalement proposé une stratégie pour extraire le contexte d’une tâche en cours d’exécution sur FPGA pour offrir la possibilité de sa reprise plus tard. Cependant, la gestion des données de communication tout au long du processus n’a pas reçu autant d’attention. Dans cette thèse, nous étudions la gestion de communication d’une tâche matérielle durant son changement de contexte. Cette gestion de communication est nécessaire pour garantir la cohérence de la communication d’une tâche dans un système reconfigurable avec la capacité de changement de contexte. Autrement, un changement de contexte matériel est seulement autorisé sous des contraintes restrictives; quand toutes les données d’entrées/sorties ont été consommées et que le flux de communication est interrompu. De plus, certaines techniques demandent l’homogénéité au sein de la plate-forme pour qu’un changement de contexte matériel puisse se réaliser. Nous présentons içi un mécanisme qui conserve la cohérence de communication durant un changement de contexte matériel dans une architecture reconfigurable. Les données de communication sont gérées avec le contexte de tâche pour assurer leur intégrité. La gestion du contexte et les données de communication suivent un protocole spécifique pour des architectures hétérogènes reconfigurables. Ce protocole permet donc un changement de contexte matériel pendant que la tâche a encore des flux de communication. À partir des expérimentations, nous validons que le surcoût de la gestion de communication devient négligeable et notre mécanisme assure une grande réactivité. Enfin, les applications possibles de la solution proposée sont présentées à travers la migration de tâches matérielles et dans un système utilisant un hyperviseur.