Une nouvelle méthode pour produire des systèmes à faible consommation

Mentor Graphics a choisi l'Electronics Summit 2009 de Globalpress pour lancer son nouveau système de conception de puces et de systèmes à faible consommation énergétique. L'Olympus-SoC (pour system on a chip, ou système enfoui) devrait être apprécié des ingénieurs qui sont confrontés à une complexité en perpétuelle augmentation. Ajoutons que le rapetissement des circuits, qui arrivent maintenant au pas d'écartement de 45 nanomètres, induit de nouveaux défis en terme de gestion de l'électricité dynamique (celle qui est consommée par le circuit pour son fonctionnement) et l'électricité statique (celle qui est perdue par dissipation).

« Aux Etats-Unis, le ménage typique consomme 13% de sa facture énergétique aux fonctionnement de ses produits électroniques, note Walden Rhines. Ce n'est pas beaucoup mais cela ne cesse d'augmenter sur un rythme annuel composé de 35% depuis 10 ans. Si on continue sur cette tendance, cela va approcher du niveau des 20% dans 5 ans ».

Comment quantifier le potentiel d'énergie consommée par l'électronique aujourd'hui ? Walden Rhines se base sur une durée de vie de 5 ans pour un transistor. Il considère le nombre de transistor produit chaque année (9,6 milliards de milliards) et le transforme en équivalent Pentium 4, le microprocesseur d'Intel. « Si tous les transistors produits au cours des cinq dernières années fonctionnaient au même moment, il faudrait 3638 centrales nucléaires pour fournir l'énergie nécessaire, explique-t-il. Heureusement, nous éteignons parfois nos appareils portables ».

Cependant, la tendance est inquiétante, malgré tous les discours sur l'informatique verte. En 2006, les grands centres de données (fermes de serveurs) ont consommé 60 milliards de Kwh dans le monde. Cette consommation a atteint 100 milliards de Kwh en 2008. Nous sommes arrivés à un moment où le coût d'achat d'un serveur sera moins élevé que la facture d'électricité nécessaire à le faire fonctionner sur une année. Ceci, sans compter les frais devant être engagés pour le refroidissement. « En 1996, AMD avait besoin de 50 serveurs pour concevoir ses puces, souligne Walden Rhines. Dix ans plus tard, il est passé à plus 5000 serveurs »

Cependant, il y a certainement quelque chose à faire au niveau de la conception des puces pour qu'elles consomment moins.

Au cours des 40 dernières années, les ingénieurs ont fait des arbitrages entre la performance et le coût de production sans se préoccuper de la consommation du circuit. En effet, chaque fois que le circuit diminuait de taille, on obtenait une meilleure efficacité énergétique quasiment gratuitement  puisque le nouveau circuit consommait moins d'énergie que le précédent. Cette relation a disparu. Aujourd'hui, quand on passe au pas d'écartement de 45 nanomètres, on consomme plus car il y a cette électricité statique, ces fuites de courant au niveau des circuits.

Et ce n'est pas tout. Les concepteurs de puces doivent répondre aux impératifs dictés par les concepteurs de systèmes. Dans la coque d'un téléphone portable comme l'iPhone cohabitent plusieurs fonctionnalités : téléphone, micro, MP3, capture photo, lecture photo, capture vidéo, lecture vidéo, GPS, wifi, bluetooth, messagerie, et bien d'autres encore.

Certaines de ces applications sont enfouies sur de petits circuits spécifiques qui fonctionnent sur des fréquences et des voltages différents. Qui plus est, certains de ces circuits sont activés quand d'autres sont en sommeil. « Il n'est plus possible d'optimiser le circuit physique pour la consommation d'énergie puis d'optimiser les fonctions logiques pour la performance globale et l'intégrité du signal. Il faut que cela soit développé en parallèle, note Walden Rhines. Le process doit prendre en compte simultanément l'optimisation de la consommation d'énergie, du traitement du signal, la performance et la fréquence ». Certains de ses clients qui ont testé sa solution Olympus-SoC ont pu concevoir leur circuit deux à trois plus rapidement tout en diminuant de 30% la puissance électrique requise. C'est un pas dans la bonne direction.