Conception et optimisation d'une alimentation-horloge et d'un réseau de distribution pour la logique adiabatique.

par Nicolas Jeanniot

Projet de thèse en SYAM - Systèmes Automatiques et Micro-Électroniques

Sous la direction de Aida Todri-sanial.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec LIRMM - Laboratoire d'Informatique, de Robotique et de Micro-électronique de Montpellier (laboratoire) et de Département Microélectronique (equipe de recherche) depuis le 01-11-2015 .


  • Résumé

    La thèse se découpe en 2 parties : 1. La modélisation et l'optimisation d'une alimentation-horloge et de son réseau de distribution. Le rendement énergétique d'une alimentation-horloge dépend du schéma de l'alimentation choisie mais aussi de la topologie utilisée pour la délivrer aux portes logiques du circuit. Nous entendons, par topologie, la structure du réseau d'alimentation-horloge et la taille et la longueur des fils qui introduisent également des parasites supplémentaires à la livraison du signal d'alimentation-horloge. Par conséquent, la topologie du réseau de l'alimentation-horloge est un problème important que nous souhaitons résoudre. Dans cette partie, le candidat à la thèse enquêtera sur la modélisation et la simulation des différentes topologies et leurs impacts sur le rendement énergétique et la quantité de bruit générée par l'alimentation. Les modèles du réseau d'alimentation seront développés pour analyser l'impact des interconnexion sur le rendement énergétique de la logique adiabatique. Basés sur ces enquêtes et la compréhension des interconnexions, divers algorithmes seront explorés pour optimiser la topologie du réseau d'alimentation-horloge. 2. Conception et optimisation du circuit d'alimentation-horloge A cause de leurs commutations continuelles, les générateurs d'alimentation-horloge consomment une fraction significative de l'énergie totale utilisée par le système adiabatique, ce qui peut, au final, dégrader les économies d'énergie obtenues par la restitution d'énergie grâce aux propriétés de la logique adiabatique. La conception du générateur d'alimentation-horloge et la topologie de distribution de l'énergie dans un circuit sont une importante partie de la conception globale d'un système adiabatique. Des alimentations-horloges à faible rendement peuvent devenir un obstacle à l'intégration des modules adiabatiques dans un système et c'est pourquoi des générateurs d'alimentation-horloge à fort rendement énergétiques sont fortement désirés. Cette seconde partie de la thèse sera dédiée à la conception, modélisation, simulation et optimisation du bloc "générateur d'alimentation-horloge" pour améliorer le rendement énergétique des systèmes à logique adiabatique. Les enquêtes approfondies suivantes seront effectuées : (1) l'impact du schéma du générateur d'alimentation-horloge (2) l'implémentation des NEMS pour la récupération de charge du circuit d'alimentation-horloge et (3) la validation des modèles et le développement des prototypes des blocs alimentations-horloges. Cette partie de la thèse sera développée en proche collaboration avec le CEA-LETI.

  • Titre traduit

    Design and optimization of power-clock generator and distribution network for adiabatic logic


  • Résumé

    AThis PhD thesis has two main parts: 1. Modeling and optimization of power-clock distribution network An energy efficient power clock generator depends on the scheme that the generator circuit is implementing but also on the topology on how the power-clock is distributed to each logic gate on a circuit. By topology, we refer to the structure of the power-clock network, wire widths and lengths, which also introduce additional parasitics to the power-clock delivery. Such parasitics can further detriment the energy efficiency of power-clock generator. Hence, the topology design of power-clock generator is an important problem that we aim to address. In this part of the thesis, the PhD candidate will investigate modeling and simulation of different topologies and their impact on energy-efficiency and the amount of power supply noise generated. Models will be developed for the power delivery network and analyze the impact of interconnects in adiabatic logic energy efficiency. Based on these investigations and understanding of interconnects, various algorithms will be explored for optimizing the power-clock delivery topology. 2. Design and optimization of power-clock generator circuit Power clock generators due to their continuous switching behavior usually will consume a significant fraction of the total energy consumed by the adiabatic system, which ultimately may degrade energy savings obtained due to the energy recovery property of the adiabatic logic. The design of power clock generator and the distribution topology of power on a circuit are important part of the whole adiabatic system design. Inefficient power clock generations can become an obstacle to the adiabatic module integration into a system and hence power clock generators with high conversion efficiency are strongly desired. In this second part of PhD thesis will be dedicated to design, modeling, simulation and optimization of power-clock generator block to improve the energy efficiency of adiabatic logic systems. In-depth investigations will be performed to grasp: (1) the impact of power-clock generator scheme (2) implementation of NEMS switches for charge-recovery in power-clock generator circuit, and (3) validation of models and development of power-clock block prototypes. This part of the thesis will be developed in close interactions with the CEA-LETI colleagues.