Towards nanoscale interconnect for system-on-chip

par Olimjon Yalgashev

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Marie-Ange Manier.

Le président du jury était Tarek Ahmed-Ali.

Le jury était composé de Chumin Li, Mohamed Bakhouya, Ahmed Nait-Sidi-Moh, Jaafar Gaber.

Les rapporteurs étaient Tarek El-Ghazawi, Pascal Lorenz.

  • Titre traduit

    Approches de mise en oeuvre des nanocommunication pour les réseaux nanocapteurs sans fil et les systèmes sur puce.


  • Résumé

    La nanocommunication est un nouveau paradigme qui permet de communiquer à l'échelle nanométrique, via des mécanismes moléculaires, électromagnétiques, acoustiques, ou nano-mécaniques. Le cadre général de cette thèse concerne les réseaux de nanocapteurs sans fil et les nanoréseaux sur puce. Plus précisément, il s'agit des architectures d'interconnexion et des protocoles de communication dans la bande de fréquence des Térahertz. En effet, les architectures réseaux et les protocoles de communication existants doivent être repensés en tenant compte des mécanismes de communication à l'échelle nanométrique.En premier lieu, nous nous sommes focalisés sur la nécessité de développer des approches de diffusion efficaces dans le contexte des réseaux de nanocapteurs sans fil. Une approche de diffusion efficace, issue d'une adaptation d'un protocole de la famille des protocoles d'inondation probabilistes, est présenté et son efficacité et validée par simulations à l'aide de Nano-Sim et NS3.En second lieu, une étude approfondie de l'impact des portées de transmission sur les performances du mécanisme de diffusion basé sur les ondes électromagnétiques à l'échelle nanométrique a été effectuée. Les résultats des simulations montrent que l'adaptation des portées des nano-noeuds permet de contrôler le mécanisme d'inondation et de réduire les redondances des paquets tout en augmentant les débits. Une approche adaptative de sélection de portées de transmission contrôlée au niveau des nano-noeuds est proposée. En dernier lieu, nous nous sommes attaqués à un troisième défi en examinant ce nouveau paradigme de nanocommunication dans le contexte de la conception des nanoréseaux sur puce (Network on Chip, NoC).


  • Résumé

    Nanocommunication is a new paradigm that enables connectivity at the nanoscale through molecular, electromagnetic, acoustic, or nanomechanical mechanisms. The general context of this thesis concerns wireless nanosensor networks and nanonetworks on chips. More precisely, the thesis deals with interconnection architectures and communication protocols in the terahertz band. The existing network architectures and communication protocols should be revisited taking into account the communication mechanisms at the nanoscale.First, dissemination approaches in the context of wireless nanosensor networks are addressed. An efficient broadcasting approach is presented and the simulation performance results with Nano-Sim and NS3 show that the proposed scheme is superior to flooding, especially in the cases of excessive broadcasts.Second, we investigated the impact of transmission ranges on the performance of broadcast mechanisms based on electromagnetic waves at the nanoscale. Adaptive transmission range of electromagnetic-based communication approaches are proposed. Simulations are conducted with fixed and adaptive transmission ranges to show the efficiency of the proposed approaches in terms of throughput and latency according to the network density.The third part addresses the hypothesis of using EM-based nanonetwok as an on-chip interconnect for SoCs.


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