Th. doct.-ing.--Toulouse, I.N.P., 1978. N°: 18.

Th. doct.-ing.--Nancy, I.N.P.L., 1978.

Th. doct.-ing.--Électrotech.--Toulouse--I.N.P., 1979. N°: 64.

Th. doct.-ing.--Électrotech.--Toulouse--I.N.P., 1979. N°: 50.

Th. doct.-ing.--Électrotech.--Toulouse--I.N.P., 1979. N°: 49.

Les travaux présentés dans cette habilitation sont le fruit d'une partie des recherches effectuées au sein du groupe CIS du laboratoire TIMA. Ils se sont focalisés sur des techniques « alternatives » de conception des systèmes intégrés et de traitement de l'information. Ces recherches ont mis en évidence la pertinence de l'approche asynchrone dans bien des domaines. Les techniques asynchrones permettent, par exemple, de concevoir des dispositifs de synchronisation sûrs, de sécuriser les circuits de chiffrement contre les attaques par canaux cachés mais aussi de concevoir plus aisément dans les technologies décananométriques où les problèmes liés aux variations de procédés de fabrication, les faibles tensions d'alimentation et la consommation statique sont devenus des enjeux délicats à traiter. La formalisation des méthodes de conception asynchrone a également permis de concevoir des outils de synthèse pour des circuits quasi-insensibles au délais et micropipelines. Enfin, une nouvelle approche pour le traitement du signal, se mariant bien avec la logique asynchrone qui est par essence évènementielle, est proposée. Les recherches démontrent notamment les bénéfices que l'on peut tirer d'un échantillonnage non uniforme pour réduire d'un à deux ordres de grandeur la consommation d'un système intégré en traitement du signal.

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Ce travail de thèse s'intègre dans le cadre du développement de nouvelles approches de conception afin de réduire significativement la consommation électrique des Systèmes sur Puce (SoC)ou des Objets Communicants utilisés pour traiter numériquement des signaux. Le but est alors d'obtenir des systèmes entièrement contrôlés par les événements contenus dans les signaux. Dans ce contexte, une nouvelle catégorie de chaîne de traitement est définie, associant une implémentation matérielle asynchrone (sans horloge globale) et un échantillonnage non uniforme dans le temps dit « par traversée de niveaux ». Un convertisseur Analogique/Numérique dédié à<br />cette tâche ayant déjà été réalisé, ce travail se focalise sur le traitement des données composées de couples amplitude-temps dont cette thèse montre que toute opération doit obligatoirement prendre en compte l'information temporelle. Des filtres numériques à réponse impulsionnelle finie (RIF) et infinie (RII) sont alors définis dans le cadre de signaux échantillonnés non uniformément. Des architectures sont proposées puis comparées à celles utilisées classiquement montrant que la complexité combinatoire était accrue. Un critère sur le choix de la technologie à privilégier, spécifiant la charge de calcul totale sur une durée finie, montre alors qu'en diminuant le nombre de points traités, l'approche asynchrone peut compenser le surcoût de complexité. Ainsi le traitement de signaux faiblement actifs par une chaîne asynchrone, combinant échantillonnage non uniforme et conception asynchrone, permet de réduire son activité moyenne et donc la consommation du circuit intégré, rendant cette technologie très attractive pour le domaine des SoC.

Cette thèse fait partie d'un projet exploratoire souhaitant répondre à la question suivante: Est-il possible d'intégrer une chaîne de codage vidéo orienté-objet dans un terminal multimedia portable?. Afin d'apporter un élément de réponse à ce large problème, cette thèse est une étude d'adéquation algorithme-architecture de la brique de segmentation nécessaire au système complet. Nous proposons une version totalement désynchronisée de l'algorithme de segmentation Hill-Climbing, et son implantation microélectronique asynchrone.<br /><br />L'état de l'art sur les algorithmes de segmentation une fois établi, nous présentons une nouvelle version réordonnancée de l'algorithme de Hill-Climbing dans lequel chaque pixel est rendu autonome. Nous démontrons que son comportement aboutit à une segmentation correcte de l'image.<br />La validation et l'adéquation de cet algorithme pour un spectre d'architectures allant du grain le plus fin (un processeur asynchrone par pixel) jusqu'au plus gros sont démontrées grâce à la bibliothèque de prototypage SystemC. Enfin, la conception de bas niveau en langage CHP et VHDL montre la faisabilité d'une telle architecture.

Ce travail de thèse s'intègre dans le cadre du développement de nouvelles approches de conception afin de réduire de manière significative la consommation électrique des Systèmes sur Puces (SoCs) ou des Objets Communicants. Le but est d'obtenir des systèmes uniquement contrôlés par les événements contenus dans le signal utile. Dans ce contexte, ce travail est focalisé sur un bloc critique dans de telles chaînes de traitement du signal : le Convertisseur Analogique Numérique (CAN). Il est donc décrit une nouvelle famille de CANs, mettant en œuvre un échantillonnage irrégulier dans le temps du signal analogique (échantillonnage par traversées de niveaux) et une implémentation asynchrone (pas d'horloge globale). Cette approche rend les caractéristiques de ces CANs duales par rapport à celles des CANs de Nyquist classiques : il y a échantillonnage en amplitude et quantification en temps. La théorie associée a conduit à développer une méthodologie de conception propre à ces convertisseurs. Connaissant les caractéristiques spectrales et statistiques du signal analogique, elle permet de déterminer les paramètres de conception optimaux du CAN afin de réduire le matériel mis en œuvre, son activité, et donc sa consommation électrique. Cette méthode a été utilisée pour la conception de CANs, en technologie CMOS standard 0,18µm. Les simulations électriques ont prouvé que leur Facteur de Mérite (FoM) atteint un ordre de grandeur de plus par rapport à celui des CANs de Nyquist actuels. L'étude de systèmes complets intégrant capteur, conversion analogique numérique et traitement numérique selon cette même méthode, utilisant simultanément de l'«asynchronisme» pour l'échantillonnage et l'implémentation matérielle, permet d'affirmer que des perspectives très intéressantes peuvent être espérées quant à la réduction de la dissipation d'énergie dans les SoCs.