Conception d'un "front-end" RF millimétrique pour un système de communication sur puce multi-accès innovant utilisant un réseau d'interconnexions RF-NoC

par Frédéric Drillet

Thèse de doctorat en STIC (sciences et technologies de l'information et de la communication) - Cergy

Sous la direction de Emmanuelle Bourdel.

Le président du jury était Bruno Barelaud.

Le jury était composé de Emmanuelle Bourdel, Cédric Duperrier, Sébastien Quintanel, Christophe Gaquière.

Les rapporteurs étaient Philippe Descamps, Thierry Parra.


  • Résumé

    Résumé des travaux de thèse Frédéric DRILLETThèse intitulée : Conception d'un front-end RF de bande passante [20-40] GHz pour un système de communication sur puce utilisant un réseau d'interconnexions RF-NoC.Technologie : NXP Qubic4XI (BiCMOS SiGe:C 250 nm)Résumé :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, 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 CMOS silicium et peut également répondre aux besoins de communication dans les structures 3D.Cette thèse s'inclue dans le projet ANR WiNoCoD qui propose un réseau d'interconnexion RF-NoC utilisant l'OFDMA. Elle porte sur la conception d'un front-end RF générique permettant de transmettre et de recevoir toute la bande passante soit [20-40] GHz. Cette généricité permet une allocation dynamique des porteuses sans reconfiguration du hardware. On utilise la technologie QubiC4XI de NXP Semiconductors, qui est une technologie BiCMOS SiGe:C 250 nm, afin de vérifier la faisabilité d'un tel système avec des moyens actuels. Ce front-end doit être large bande puisqu'il a une bande passante de 20 GHz entre 20 et 40 GHz. Il doit également consommer le moins possible puisqu'il a pour but d'être intégré dans un système contenant plusieurs NoC et qui est donc très énergivore. Il doit également être compact pour ne pas occuper plus de surface que la partie numérique.Cette thèse inclue la conception des éléments composant le front-end, les résultats de simulation et de mesure, ainsi que les performances du système complet.

  • Titre traduit

    Wired RF-based Network On Chip Reconfigurable On Demand


  • Résumé

    Frédéric DRILLET thesis work summaryThesis entitled: Design of a [20-40] GHz RF front-end for an on-chip RF-NoC communication system.Technology: NXP Qubic4XI (BiCMOS SiGe:C 250 nm)Summary:A current trend regarding System On Chip design is to include a very big amount of processors and memories on a single chip. Today, these integrated circuits allow to consider an electronic supplying a multitude of services. However, these architectures are challenging in terms of connection between processing units. It could indeed lead to data rate, latency and consumption degradation. In order to overcome these issues technological solutions were investigated such as 3D integration, or optic and RF networks. An RF Network on Chip (NoC) is compatible with silicon CMOS technologies and with 3D structures.This thesis is a part of the ANR project called WiNoCoD (Wired Network on Chip reconfigurable on Demand) which offers an OFDMA RF-NoC. The main work presents a generic RF front-end allowing to transmit and receive the whole [20-40] GHz bandwidth. This generic architecture allows a dynamic allocation of OFDMA subcarriers without any hardware reconfiguration. The technology used is the NXP Semiconductor QubiC4XI which is a BiCMOS SiGe:C 250 nm technology. A current technology is used to check the feasibility of such a system today. This front-end has to be wideband. The power consumption has to be as low as possible as well, as it is going to be integrated in a system containing several NoCs that consume already a lot of power. The system has to be very compact, its total area has to be smaller than the digital part.This thesis includes the design of the front end, the simulation and measurement results and the performance of the full system.

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