Une méthodologie de conception de circuits asynchrones à faible consommation d'énergie : application au microprocesseur MIPS

Low energy asynchronous design methodology : application to a MIPS microprocessor

• Auteur / Autrice : Kamel Slimani
• Direction : Marc Renaudin, Gilles Sicard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

Pour accroître l'autonomie des systèmes embarqués tels que les téléphones ou les ordinateurs portables, de nombreuses recherches sur la conception de circuits intégrés ont été réalisées en vue de réduire la consommation d'énergie. Ces travaux de thèse ont pour but de proposer au concepteur des moyens de concevoir des circuits intégrés numériques à faible consommation d'énergie. Trois étapes importantes vers la réduction de la consommation d'énergie ont été proposées. L'utilisation de la logique asynchrone représente le premier pas vers la réduction de la consommation d'énergie. En effet, de nombreux travaux réalisés ces dernières années ont montré que les circuits asynchrones présentent la propriété intrinsèque de consommer moins d'énergie que les circuits implémentés en logique synchrone. Le second pas important est d'offrir au concepteur des outils lui permettant d'obtenir des informations sur l'activité et la consommation d'énergie du circuit lors de la conception de celui-ci. Nous avons spécifié un estimateur d'activité et un estimateur de la consommation d'énergie qui permettent au concepteur de collecter des informations pertinentes sur la répartition de l'activité et de la consommation d'énergie d'un circuit lors d'une simulation donnée. Enfin, des techniques d'optimisation sont proposées pour réduire la consommation d'énergie des circuits. La méthodologie d'estimation et les techniques d'optimisation de la consommation d'énergie ont été appliquées à la réalisation d'un processeur, les résultats ont montré une réduction de la consommation d'énergie de 24%.

To increase the autonomy of embedded systems such as portable phones or computers, several researches on integrated circuit design have been performed in order to reduce the energy consumption. This Phd work aims at proposing to the designer the means to design low energy digital integrated circuits. Three important steps have been proposed in this work to reduce the energy consumption of circuits. The first step is to use asynchronous logic to design circuit. Indeed, several works achieved these last years have shown that asynchronous logic can significantly reduce the energy consumption of circuits. The second step is to offer tools that allow the designer to get information on the activity and the energy consumption of a circuit during the design flow. An activity estimator and an energy estimator have been specified that allow the designer to get relevant information on the distribution of the activity and the energy within a circuit during a specific simulation. Finally, optimisation techniques have been defined to reduce the energy consumption of circuits. The estimation methodology and the energy consumption optimisation techniques have been applied to the implementation of a processor. The results have shown an energy consumption reduction of 24%.