Des puces électroniques dont la consommation énergétique est réduite de 20 à 40% : voici la promesse du projet Avs-ldo (adaptive voltage scaling – low drop out, ou échelonnage adaptatif de la tension – faible perte de charge), que mène Dolphin Design.
Cette entreprise iséroise conçoit des circuits intégrés, plus précisément des blocs fonctionnels dits IP dans le jargon. Son activité est centrée sur l’IoT industriel et l’électronique embarquée.
« L’AVS permet d’adapter de façon dynamique la tension électrique appliquée à la puce en fonction de ses besoins vitaux », résume Valentin Dassin, ingénieur en microélectronique à Dolphin Design.
Valentin Dassin est le porteur de ce projet, pour lequel un prototype est prévu cette année, avant la commercialisation d’ici à fin 2024. Il a remporté en décembre dernier le Prix « Performance énergétique », lors des Trophées de l’ingénieur du futur, organisés par Industrie & Technologies et L'Usine nouvelle
Un suricate pour mesurer les besoins énergétiques
Le mode de régulation AVS prend la forme de deux petits blocs de silicium associés à la puce principale, soit quelques dizaines de milliers de transistors supplémentaires. « L’équivalent de 6% de surface additionnelle dans le pire des cas », indique Valentin Dassin.
Le premier bloc, nommé Meerkat (suricate en français), mesure les besoins énergétiques de la puce – ce qui n’est pas possible quand la régulation demeure externe -, tandis que le second module la tension électrique en fonction de ces besoins.
Meerkat est une technologie brevetée. « La mesure se fait sur la base du temps de propagation des signaux au coeur de la puce, explique Valentin Dassin. Nous n’ajoutons pas nos propres signaux, mais mesurons la marge dont disposent les signaux les plus lents ou les plus critiques à l’intérieur des blocs logiques. »
La régulation de tension est quant à elle numérique. « On fait une moyenne sur de nombreux transistors, activés à l’état 0 ou 1, poursuit Valentin Dassin. L’impédance résultante agit sur la tension électrique à l’entrée de la puce. C’est un effet de résistance variable. »
Ce mode de régulation repose en partie sur l’existant. « Des transistors Power Switch servent à allumer ou à éteindre le cœur d’une puce, détaille Valentin Dassin. On en ajoute pour moduler la tension et ne plus faire uniquement du on/off. »
Une approche plus fine que le DVFS
Tout cela fait qu’AVS se démarque des méthodes actuelles, en particulier DVFS (dynamic voltage frequency scaling). « Cette approche permet de faire varier la tension électrique de manière prédéterminée, compare Valentin Dassin. Par exemple, une fréquence de 1 gigahertz demande 1 volt. Les fabricants ont calculé une marge. Notre approche offre un niveau de finesse supplémentaire en réduisant ces marges. »
L’entreprise Dolphin Design est déjà renommée, selon Valentin Dassin, pour un mode de régulation en partie analogique appliquée aux tensions de polarisation par grille arrière des transistors. Celui-ci est réservé au procédé de fabrication FDSOI (fully depleted silicon on insulator) du français Soitec, actionnaire à 100% de Dolphin Design.
Or, la finesse de gravure autorisée par ce procédé ne descend pas sous les 22 nanomètres actuellement. « Grâce à AVS, nous pourrions cibler des technologies plus avancées comme le 5 nanomètres », confie Valentin Dassin. Objectif : le marché du calcul intensif, dans lequel chaque kilowatt économisé soulage les coûts d’exploitation et d’infrastructure.
