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- 1 -2004-2006
« System on Chip »ELEC3 – Option GSE / MI
Fabrice MullerPolytech’Sophia – Département Electronique
[email protected]://www.esinsa.unice.fr/~gse/
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- 2 -System on Chip2004-2006
RéférencesLe cours a été réalisé par l‘utilisation d‘extraits des références suivantes:
Extrait de P. Marwedel, Univ. Dortmund, Informatik 12, 2003Archi 03 Roscoff – 4 avril 2003 – JP Calvez, « Spécification et conception conjointe des systèmes matériel/logicielDEA informatique Lille 2003/2004, Pierre Boulet, Jean-Luc Dekeyser, « Conception de systèmes embarqués, Problématique des systèmes embarqués »Web : http://www.ti.comWeb : http://www.st.comWeb : http://www.synopsys.comPrésentation du CEA à Helsinki (Projet AETHER), 2006
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- 3 -2004-2006
System on Chip
La technologieLes applications SoC et outilsSystèmes sur puce « SoC : System on Chip »Vérification / ValidationConclusion
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- 4 -System on Chip2004-2006
Conception & Fabrication de circuits intégrés
Logiciel (Sw)
Matériel (Hw)
Spécification Conception
Circuit Intégré (IC)Conception « Layout »
FabricationMasques
« Waffer »
PackagingTest
Circuit (Chip)
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- 5 -System on Chip2004-2006
Maîtrise des techniques et des outils de CAO (1)
Niveau SystèmeSpécification
CodesignNiveau comportemental
Synthèse architecturaleNiveau RTL
Synthèse logiqueNiveau Logique
Synthèse physiqueNiveau Physique
Validation
Test
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- 6 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologique1973
6 µm
Intel 80086000 Transistors
2 MHz
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- 7 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologique1979
3 µm
Intel 808829000 Transistors
4,7 MHz
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- 8 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologique1985
1,5 µm
Intel 80386275000 Transistors
16 MHz
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- 9 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologique1993
0,8 µm
Pentium3 M Transistors
75 MHz
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- 10 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologique1997
0,35 µm
Pentium 27,5 M Transistors
233 MHz
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- 11 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologique2004
0,09 µm = 90 nm = 900 Å
Pentium 4125 M Transistors
3 Ghz MHz
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- 12 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologique2006
0,07 µm = 70 nm = 700 Å
2 Cores
3 Ghz MHz
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- 13 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologique2010
0,04 µm = 40 nm = 400 Å
>8 Cores
3 Ghz MHz
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- 14 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologiqueLoi de Moore
90 65 45 32 nm 22 nm ITRS 200310010 1000 #PE
20102006cassure technologique !
20162005 Years2020
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- 15 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologiqueEre nanométrique
95 97 99 01 05 07 10
1994 forecast
1997 forecast
1998 / 1999 forecast
Hal
f pi
tch
(nm
)
500
350
250
180
130
100
70
50
35
25
95 97 99 01 05 07 10
2000/2001 forecast
03
03
Nanoelectronicera
0.35µm node
0.25µm node
0.18µm node
0.13µm node
90nm node
65nm node
45nm node
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- 16 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologiqueTendance pour les technologie CMOS
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- 17 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologiquePrix par élément logique
Q1'93
Q1'94
Q1'95
Q1'96
Q1'97
Q1'98
Q1'99
Q1'00
40% plus bas par an !
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0.261
0.086 0.042 0.029Prix
(Nor
mal
isé
Q1/
1993
)
Source: Altera
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- 18 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologiquePrix d’un Mégabit de mémoire
75 000 €1973
Les semiLes semi--conducteurs sont 1 million de fois conducteurs sont 1 million de fois meilleurs marchmeilleurs marchéé que dans les annque dans les annéées 1970 !es 1970 !
5000 €1977
400 €1981
30 €1987
120 €1984
5 €1990 0,5 €
1995 0,05 €2000
Source: Siemens
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- 19 -System on Chip2004-2006
Évolution du domaine technologique Intégration technologique
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- 20 -System on Chip2004-2006
Évolution des Performances
Technologies de fabrication
Conception du matériel
Conception du logiciel
≈ 60% par an
< 30% par an
< 10% par an
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- 21 -System on Chip2004-2006
Évolution de la complexité
Génération
Com
plex
ité(lo
g)
Besoins
: 3G, 4
G, …
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
UMTSGPRSGSM
MIPS
Progrès Technologique «silicium » 58%
Progrès « Conception » +21%
1982 1992 2002 2012
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- 22 -System on Chip2004-2006
Évolution des systèmes microélectroniques
FPGAµProc
AnalogiqueMémoire Mémoire
FPGA
FPGA
FPGA
FPGA
FPGA
A/D
D/A
// → ~
~ → //
?
µProc
Circuitstandard
Logique« ASIC »
RAM ROM
DSP
DemainDemain
MatMatéériel Spriel Spéécifiquecifique «« SoCSoC »»
MatMatéériel Standardriel Standard «« FPGAFPGA--basedbased systemsystem »»
Avant HierAvant Hier
Circuitstandard
Circuitstandard
Mémoire Mémoire
µProc
Analogique
Programmable(Hw & Sw)
Complexité
Performances
RéutilisationHierHier
FPGAµProc
Analogique
ASIC
Mémoire Mémoire
FPGA
ASIC
ASIC ASIC
Prototypage rapide
Programmable
Reconfigurable
FPGA > 1M portes
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- 23 -System on Chip2004-2006
Le « SoC » en 2002
Technologie Portes Broches Fréquence Puissance Réutilisation
130 nm 100 M 1500 700 MHz 100 W 60%
RAMROM
DSP
µC
Analogique
- Coût de fabrication-Temps de conception- Performances électriques : la puissance (dissipation limitée, consommation)
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- 24 -System on Chip2004-2006
Problèmes technologiquesCoût des masques
une limitation économique
Conséquence: L’intérêt pour les circuits programmables
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- 25 -System on Chip2004-2006
Problèmes technologiquesLa consommation d’énergie
2002’04 ’06 ’08 ’10 ’12 ’14’160
1
2
Year
PDYNAMIC
PLEAK
Pow
er [µ
W /
gat
e]
0.01
0.1
1
10
1
10
100
0.01 0.1 1
VT
and
V DD
(V
)
TO
X (n
m)
VDD
VT
TOX
Physical Gate length (µm)
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- 26 -System on Chip2004-2006
Problèmes technologiquesLes interconnexions
CR ⋅≈τ
lW
H
D
lW
H
D DHlk
DlWk
HWlRC
1
2
2 ρρτ =⋅==
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- 27 -System on Chip2004-2006
Problèmes technologiquesSurface accessible pendant un cycle d’horloge
35 nm
70 nm
130 nm
180 nm
100 nm
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- 28 -2004-2006
System on Chip
La technologieLes applications SoC et outilsSystèmes sur puce « SoC : System on Chip »Vérification / ValidationConclusion
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- 29 -System on Chip2004-2006
Exemple
STMicroelectronics:Cellular Terminal Solutions
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- 30 -System on Chip2004-2006
Définitions (1/2)Système
Toute « chose » constituée de parties organisées pour assurer une fonction ou un ensemble de fonctions dans son environnement
ArchitectureLa structure fondamentale et unifiante du système définie en terme de ses constituants, interfaces, liens, comportements et contraintesBasée sur un ensemble de conceptsDécrite par un ensemble de vues (perspectives) liées entre elles
Propriétés émergentesPropriétés résultant du couplage entre les constituants
Propriétés observés, voulues, exigéesPropriétés inattendues, interdites …
Importance de l’environnement (incertain, réactif …)
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- 31 -System on Chip2004-2006
Définitions (2/2)Méthode
Technique de résolution de problème caractérisée par un ensemble de règles bien définies qui conduisent à une solution correcte
MéthodologieUn ensemble structuré et cohérent de modèles, méthodes, guides et outils permettant de déduire la manière de résoudre un problème
Modèleune représentation d'un aspect partiel et cohérent du «monde » réelprécède toute décision ou formulation d’une opinionest élaboré pour répondre à la question qui conduit au développement du modèle
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- 32 -System on Chip2004-2006
OMAP 2420 - Texas Instrument (1/2)
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- 33 -System on Chip2004-2006
OMAP 2420 -Texas Instrument (2/2)Including dedicated 2D/3D graphics accelerator at 2 million polygons per second Added imaging and video accelerator enables high-resolutionstill image capture, larger screen sizes and higher video frame rates Supports high-end features including 4+ megapixel cameras, VGA-quality video, high-end interactive gaming functionalityand analog/digital TV video output 5-Mb internal SRAM boosts streaming media performance Software compatibility with previous OMAPTM processors Parallel processing ensures no interruptions or degradation of service with simultaneously running applications Optimized power management companion chip, TWL9223012 mm x 12 mm, 325-ball MicroStar BGATM, 0.5-mm pitch
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- 34 -System on Chip2004-2006
Nomadik – STMicroelectronics (1/2)Architecture
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- 35 -System on Chip2004-2006
Nomadik – STMicroelectronics (2/2)Couches Logicielles
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- 36 -System on Chip2004-2006
Besoin pour les PDA SoC-LP
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- 37 -System on Chip2004-2006
Évolution des techniques et des outils de CAO
Années 1970/1980 : Conception « Full Custom »Simulation électrique Spice
Années 1980/2000 : Conception « Cell Based » + FPGARéutilisation du matériel (« standard cell »)Modélisation, Simulation, Synthèse
Année 2000/xxxx : Conception « SoCs »Réutilisation du matériel et du logiciel« CoDesign » HW & SWVérificationModélisation du circuit au système
VHDL / VERILOG
K
JH
Q
Q
IP ?
RTOS embarqué ?SystemC ?
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- 38 -System on Chip2004-2006
Évolution des méthodologies coté circuits
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- 39 -System on Chip2004-2006
Développer les systèmes différemment (1/2)
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- 40 -System on Chip2004-2006
Développer les systèmes différemment (2/2)
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- 41 -System on Chip2004-2006
Flot de conception aujourd'hui
x 5
x 10
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- 42 -System on Chip2004-2006
Démarche de CoDesign
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- 43 -System on Chip2004-2006
Constat aujourd'hui:Technology / Design Gap (1/2)
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- 44 -System on Chip2004-2006
Constat aujourd'hui : Technology / Design Gap (2/2)
© Lauro RizzattiMarketing Vice PresidentEmulation & Verification Engineering (EVE)[email protected]