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Soutenance de thèse : Mohamad Hamieh

Titre de la thèse

Dimensionnement des moyens de modulation pour les communications intra-puces.

Dimensioning of modulating means for intra-chip communication.

Date et lieu de soutenance

Vendredi 11 décembre 2015, 10h30.

ENSEA Cergy, salle du conseil.

Résumé de la thèse

La tendance actuelle dans la conception de systèmes sur puces (SoC) est d'intégrer un très grand nombre d'unités de calcul et de mémoires sur une seule puce. Les possibilités de cette intégration poussée permettent aujourd'hui d'envisager le développement d'une électronique offrant une multitude de services. Néanmoins ces architectures posent de nouveaux challenges concernant les interconnexions entre les unités de calcul. En effet, pour les futures générations technologiques, la mise à l'échelle impactera lourdement les performances des interconnexions globales en termes de débit, latence et consommation. Afin de répondre à la problématique des communications intra-puces, un certain nombre de technologies ont été investiguées comme les technologies d'intégration 3D ou les architectures utilisant l'optique ou la RF. L'approche RF pour les communications entre les unités de calcul d'un même circuit de type NoC (Network On Chip) présente l'avantage d'une bonne compatibilité avec les technologies silicium et peut également répondre aux besoins de communication dans les structures 3D. Les travaux de cette thèse se placent dans le contexte des interconnexions RF filaires et portent sur deux aspects : le dimensionnement de la couche physique de communication et l'optimisation de l'accès à la ligne d'interconnexion. Afin de permettre une allocation dynamique des bandes de fréquence, nous avons choisi la technique de multiplexage OFDMA (Orthogonal Frequency division Multiple Access). Le débit et le destinataire du message peuvent ainsi être modifiés simplement sans reconfigurer les circuits RF. Nous avons dimensionné la couche physique en se basant sur cette technique de multiplexage et proposé plusieurs configurations. Pour le choix de l'allocation des bandes de fréquence, nous proposons d'utiliser dans un premier temps le critère du PAPR (Peak to Average Power Ratio) pour lequel nous avons montré que la valeur dépend de la position et du nombre des sous-bandes de fréquences. D'autre part, l'un des challenges des communications sur puce concerne la limitation de la consommation. L'accès à la ligne d'interconnexion et le transfert de puissance doivent donc être optimisés. Nous avons ainsi proposé une nouvelle méthode d'accès au canal, via des transistors et avons montré les performances de cette méthode en la comparant à quelques méthodes d'accès traditionnelles (accès direct, accès capacitif). Nous avons validé cette méthode en réalisant un layout comportant deux émetteurs et deux récepteurs communiquant à travers une ligne de transmission. Les mesures du circuit fabriqué ont montré une bonne cohérence avec les résultats des simulations et permettent de conforter le choix de cette solution.

Mots-clefs

RF-NOC, OFDMA, Communications numériques, Propagation électromagnétique

Abstract

The current trend in the design of system-on-chip (SoC) is to integrate a large number of processing units and memory on a single chip. The possibilities of this advanced integration make it possible to envisage the development of an electronic offering a multitude of services. Nevertheless, these architectures pose new challenges for the interconnections between the computing units. Indeed, for future technology generations, the scaling will impact heavily the performance of global interconnections in terms of flow rate, latency and consumption. To address the problem of intra-chip communications, a number of technologies were investigated as 3D integration technologies or architectures using optical or RF. The approach using RF communications between the computing units of the same NoC (Network On Chip) has the advantage of good compatibility with silicon technology. The work of this Thesis are performed in the context in the context of RF wired interconnects and are focused on two aspects: The design of the physical communication layer and the optimization of the link between the transceivers/receivers and the transmission line. We chose the OFDMA multiplexing technique (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) to enable dynamic allocation of frequency bands. Then, the flow and the message recipient can simply be changed without reconfiguring the RF circuits. We design the physical layer based on the multiplexing technique and proposed several configurations. For the choice of the frequency band allocation, we propose to use initially the criterion of PAPR (Peak to Average Power Ratio) for which we have shown that the value depends on the position and number of sub- frequency bands. Otherwise, one of the challenges of on-chip communications regards the limitation of consumption. The line access and the power tranfer must be optimized. We have proposed a new channel access method via transistors and showed the performance of this method by comparing it to some traditional access methods (direct access, access capacitive). We validated this method by performing a layout comprising two transmitters and two receivers communicating through a transmission line. Measurements of manufactured system showed good consistency with the results of simulations and allow to consolidate the choice of this solution.

Keywords

RF-NOC, OFDMA, Digital communications, Electromagnetic propagation.

Composition du jury

  • Bruno BARELAUD, Professeur, Xlim/Université de Limoges, Rapporteur
  • Fabienne UZEL-NOUVEL, Professeur, IETR/INSA, Rapporteur
  • Patrice GAMAND, HDR, NxP semiconductors, Examinateur
  • Olivier SENTIEYS, Professeur, IRISA/ENSSAT, Examinateur
  • Myriam ARIAUDO, MCF HDR, ETIS/ENSEA, Directeur de thèse
  • Yves LOUËT, Professeur, IETR/SUPELEC, Co-directeur de thèse
  • Sébastien QUINTANEL, MCF, ETIS/ENSEA, Co-encadrant de thèse

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