Design of control devices for distributed power management

Conception de dispositifs de contrôle asynchrones et distribués pour la gestion de l’énergie

Chadi Al Khatib (1)

1 TIMA - Techniques de l'Informatique et de la Microélectronique pour l'Architecture des systèmes intégrés

Today integrated systems are increasingly faced with the constraints of low consumption or energy efficiency. These issues need to be integrated as far upstream as possible in the design flow to reduce design time and avoid much iteration in the flow. In this context, the collaborative project HiCool, between LIRMM and TIMA laboratories, Defacto, Docea and ST Microelectronics companies, has set up a strategy and design flow to design integrated low power systems while facilitating the reuse of existing hardware blocks (IPs). The approach proposed in this thesis fits into this strategy by bringing a small dose of asynchrony in completely synchronous systems. Indeed, the reduction in consumption is based on the observation that permanent activation of the entire circuit is unnecessary in many cases. However, controlling the activity with techniques of "clock gating" or "power gating" usually need to perform a re-design of the system and to add a control device for controlling activation of areas effecting treatment. The work presented in this manuscript provides a strategy based clock controllers and power domain, asynchronous, distributed and easily insertable into a circuit with a low cost design.

Les systèmes intégrés sont aujourd’hui de plus en plus fréquemment confrontés à des contraintes de faible consommation ou d’efficacité énergétique. Ces problématiques se doivent d’être intégrées le plus en amont possible dans le flot de conception afin de réduire les temps de design et d’éviter de nombreuses itérations dans le flot. Dans ce contexte, le projet collaboratif HiCool, partenariat entre les laboratoires LIRMM et TIMA, les sociétés Defacto, Docea et ST Microelectronics, a mis en place une stratégie et un flot de conception pour concevoir des systèmes intégrés faible consommation tout en facilitant la réutilisation de blocks matériels (IPs) existants. L’approche proposée dans cette thèse s’intègre dans cette stratégie en apportant une petite dose d’asynchronisme dans des systèmes complètement synchrones. En effet, la réduction de la consommation est basée sur le constat que l’activation permanente de la totalité du circuit est inutile dans bien des cas. Néanmoins, contrôler l’activité avec des techniques de « clock gating » ou de « power gating » nécessitent usuellement d’effectuer un re-design du système et d’ajouter un organe de commande pour contrôler l’activation des zones effectuant un traitement. Le travail présenté dans ce manuscrit définit une stratégie basée sur des contrôleurs d’horloge et de domaine d’alimentation, asynchrones, distribués et facilement insérables dans un circuit avec un coût de re-design des plus réduit.

Mots clés: Low power; Clock gating; Power gating; Asynchronous controllers; Distributed controllers; Low-power design flow; Synchronous systems

Mots clés: Faible consommation; Clock gating; Power gating; Contrôleurs asynchrones; Contrôleurs distribués; Flot de conception pour la faible consommation; Systèmes synchrones

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Chadi Al Khatib. Conception de dispositifs de contrôle asynchrones et distribués pour la gestion de l’énergie. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Grenoble Alpes, 2016. Français. ⟨NNT : 2016GREAT016⟩. ⟨tel-01303726⟩