Architectural exploration methods and tools for heterogeneous 3D-IC

par Felipe Frantz Ferreira

Thèse de doctorat en Conception de dispositifs de l'électronique intégrée

Sous la direction de Ian O'Connor.

Le président du jury était Frédéric Pétrot.

Le jury était composé de Marc Belleville, Yves Leduc.

Les rapporteurs étaient François Pêcheux, Helmut Gräb.


  • Résumé

    L'intégration tridimensionnelle (3D), où plusieurs puces sont empilées et interconnectées, est en train de révolutionner l'industrie des semi-conducteurs.Cette technologie permet d'associer, dans un même boîtier, des puces électroniques (analogique, numérique, mémoire) avec des puces d'autres domaines(MEMS, bio-capteurs, optique, etc). Cela ouvre de nombreuses voies d'innovation. Néanmoins, l'absence d'outils de conception assistée ordinateur(CAO) adaptés aux systèmes 3D freine l'adoption de la technologie.Cette thèse contribue à deux problématiques liées à la conception 3D : le partitionnement d'un système sur de multiples puces et l'optimisation hiérarchique de systèmes multiphysiques (hétérogènes).La première partie de la thèse est dédiée au problème de partitionner la fonctionnalité d'un système sur de multiples puces. Un outil de « floorplan » 3D a été développé pour optimiser ce partitionnement en fonction de la surface des puces, de la température d'opération du circuit et de la structure des interconnexions. Ce type d'outil étant complexe, nous proposons de régler ses paramètres de façon automatique par l'utilisation d'algorithmes évolutionnaires.Des résultats expérimentaux sur une suite de benchmarks et sur une architecture multi processeur connecté en réseau démontrent l'efficacité et l'applicabilité des techniques d'optimisation proposées.Dans la deuxième partie, nous présentons une méthodologie de conception hiérarchique qui est adaptée aux systèmes hétérogènes. La méthode combine une approche ascendante et descendante et utilise des courbes de compromis(Fronts de Pareto) comme une abstraction de la performance d'un circuit.La contribution principale de la thèse consiste à utiliser des techniques d'interpolation pour représenter les Fronts de Pareto par des fonctions continues et à leur intégration dans des processus d'optimisation classiques. Cela permet un gain en flexibilité lors de l'étape ascendante du flot (caractérisation) et un gain en temps lors de l'étape descendante (synthèse). Le flot de conception est démontré sur un amplificateur opérationnel ainsi comme sur la synthèse d'un lien optoélectronique avec trois niveaux hiérarchiques.


  • Résumé

    3D integration technology is driving a strong paradigm shift in the design of electronic systems. The ability to tightly integrate functions from different technology nodes (analog, digital, memory) and physical domains (MEMS, optics, etc) offers great opportunities for innovation (More than Moore). However, leveraging this potential requires efficient CAD tools to compare architectural choices at early design stages and to co-optimize multiphysics systems.This thesis work is divided into two parts. The first part is dedicated to the problem of partitioning a system into multiple dies. A 3D floorplanning tool was developed to optimize area, temperature and the interconnect structure of a 3DIC. Moreover, a meta-optimization approach based on genetic algorithms is proposed to automatically configure the key parameters of the floorplanner. Tests were carried out on architectural benchmarks and a NoC based multiprocessor to demonstrate the efficiency of the proposed techniques.In the second part of the thesis, a hierarchical design methodology adapted to heterogeneous systems is presented. The method combines the bottom-up and top-down approaches with Pareto-front techniques and response surface modeling. The Pareto front of lower level blocks are extracted and converted into predictive performance models that can be stored and reused in a top-down optimization process. The design flow is demonstrated on an operational amplifier as well as on the synthesis of an optoelectronic data link with three abstraction levels.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (v-166 p.)
  • Notes : Thèse soumise à l'embargo de l'auteur jusqu'au 11 juin 2013
  • Annexes : Bibliogr. p. 145-161

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T2289
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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : T2289 mag
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