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Inauguration Microcity

Ecole Polytechnique Fédérale de LausanneEPFL

Photo Yves André

Alerte à l’invasion de puces !

Christian EnzDirecteur

Inauguration Microcity Alerte à l’invasion de puces ! |

Les puces envahissent notre quotidien

© C. Enz | 2014 Slide 2


Ces puces ont changé nos vies

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DataCenter&Cloud PCs Mobility Wearable IoT

SERVER

STORAGE

NETWORKING

DESKTOP

ALL INONE

2in1

SMARTPHONE

PHABLET

TABLET

PERSONALASSISTANT

SPORTSFASHION

GLASSES

SMARTAGRICULTURE

SMARTFACTORIES

SMARTCITI

Source: Ian Yang, Intel Developer Forum - Shenzhen 2014.


Les puces à la maison

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Les puces en voiture

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TempératureLuminositéPluiePressionInertieRadar de distanceClé télécommandéGestion consommationStatistiques moteurDiagnostique…

Jusqu’à 200 puces


Qu’est-ce qui a rendu cette invasion possible?

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● La réduction des dimensions des composants (transistors)● Augmentation du nombre de composants sur une seule puce de silicium

● Réduction dramatique du coût par composant● Augmentation des performances● Réduction de la consommation● Augmentation de la fonctionnalité

Source: Intel Corporation.


De quelles dimensions parlent-on?

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Virus influenza

Source: horiba

High-K, Metal-GateTransistor

35 nmSiGe SiGe

Source: Intel Corporation

Cellule Mémoire SRAMà 6 transistors

0.346 µm2

Source: IEDM 2007

Source: Benjamin Cummings

Bien plus petit qu’unglobule rouge

~3 à 4 mm

100’000 fois plus petit!


La loi de Moore

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Gordon MooreCo-fondateur de Intel

Le nombre de transistors sur une puce de silicium

(microprocesseurs) double tous les deux ans


10’000’000

1’000’000

100’000

10’000

1’000

100

10

1

0.11970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015


Si les transistors était des personnes…

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1970: 2’300 personnes grande salle de concert1990: 134’000 personnes grand stade2000: 32 million de personnes population de la ville de Tokyo2014: 1.3 milliard de personnes population de la Chine, mais…

…concentrée dans une salle de concert!!! Source: Intel Corporation.


Réduction des dimensions

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40nm

35nm

100

10

1

0.1

19600.1

1970 1980 1990 2000 2010 2020

Taille des motifs minimaux (microns)


Evolution du rapport puissance de calcul / prix

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http://en.wikipedia.org/wiki/File:PPTMooresLawai.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/Moore's_law


Evolution de l’industrie microélectronique

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Vitesse :1950 : 1 000 IPS2010 : 4 000 000 000 IPSEfficacité énergétique :1950 : 5 J/instr2010 : 0,000 000 000 1 J/instr

Vitesse :1830 : 45 km/h1930 : 200 km/h2010 : 570 km/h

Vitesse :1910 : 100 km/h1950 : 2 500 km/h2010 : 3 500 km/h

Vitesse :1900 : 45 km/h1975 : 170 km/hEfficacité énergétique :1975 : 15 L/100km2010 : 5 L/100km

x 12

x 35

x 4

x 3

x 4 000 000

x 5 000 000 000


Chaque etape est une révolution technologique

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Strained Silicon

High-k Metal Gate

Tri-Gate

90 nm 65 nm 45 nm 32 nm 22 nm

2003 2005 2007 2009 2011

M. Bohr, Intel Corporation, IFD 2012.Slide 13


La guerre des transistors

© C. Enz | 2014Alerte à l’invasion de puces ! |

Illustration: Emily Cooper

UTB-SOIUltrathin Body

Silicon-on-Insulator

FinFETBulk MOSFET

http://spectrum.ieee.org/semiconductors/devices/transistor-warsSlide 14


Croissance de la taille des wafers…

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Sept. 16, 2013IBM and TowerJazz will partner India’s Jaiprakash Associates to build a $5.5 billion fab near New Delhi.Feb. 18, 2011Intel Corporation today announced plans to invest more than $5 billion to build a new chip manufacturing facility at its site in Chandler, Ariz.

…et du prix des fabriques


Conclusion

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● Les puces envahissent notre monde!● Cette invasion a été possible grâce à la loi de Moore● Augmentation phénoménale du nombre de transistor sur une seule puce

de silicium● Réduction de la taille des transistors jusqu’à quelques dizaines de

nanomètres● Explosion des investissements pour construire les fabriques de

semiconducteur moderne (plusieurs milliard)● Où est-ce que cette évolution va s’arrêter?


Plus de 10 ans dans les radios basses consommation

Copyright CSEM | 9 May, 2012 | CSEM Scientific Board Meeting | C. Enz | Slide 17

CSEM – Pioneer in low-energy radios ICs and SoCs● 2001: 1st gen. WiseNET 433MHz radio in 0.5µm● 2005: 2nd gen. WiseNET SoC 433/868 MHz in 180nm● 2009: icycom DSP+RF SoC 868/900 MHz in 180nm● 2011: 2.4 GHz BT-Smart radio in 90nm● 2011: 2.4 GHz MEMS-based radio in 65nm

65nm

1st gen. WiseNET Radio 0.5µm (2001)

2nd gen. WiseNET SoC 180nm (2005)

icycom SoC 180nm (2009)ATLAS 2.4 GHz 90nm (2011)WiserBAN 2.4GHz 65nm (2011)


WBAN Require ULP Miniaturized Sensor Nodes

© C. Enz | 2014EPFL Integrated Circuits Lab (ICLAB) – A Brief Overview |

● Wireless body area networks (WBAN) for health monitoring, connecting wearable devices and as smart user interface

● The nodes feature sensing, processing, storing and wireless communication

● They are usually battery powered or use remote powering

● They require ultralow-power (ULP) and miniaturized wireless sensor nodes

● Combination of CMOS system-on-chip (SoC), RF and LF MEMS in a system-in-package (SiP) to achieve a 2.4 GHz, <mW-level, <20 mm3 node

battery powered nodes

remote powered nodes Courtesy CSEM

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Inauguration Microcity EPFL Integrated Circuits Lab (ICLAB) – A Brief Overview |

The WiseSkin Project – Concept

© C. Enz | 2014

● Emphasis on development of High-Density Wireless Sensor Network capable of providing the sense of touch to the patient

● A lot of technical chalenges and innovations● Scalable, adaptable WSN, stretchable power distribution system, flexibile anetnna,

miniature, soft MEMS sensor, sensor interfaces, real-time response, latency etc.

Provide a natural sense of touch to patients

CSEM BERNEPFL

EPFL

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Inauguration Microcity Alerte à l’invasion de puces ! | Ultra-low Power 2.4 GHz MEMS-based Radio (RFIC 2012)

Merci pour votre attention !

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Inauguration Microcity Alerte à l’invasion de puces ! | © C. Enz | 2014 Slide 21

P. Ruch, et al., IBM J. Res. & Dev., Vol. 55, No. 5, Paper 15, Sept.-Oct. 2011.

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