Afin de suivre le rythme effréné des évolutions des systèmes embarqués et des dispositifs portables, il s’avère aujourd’hui indispensable d’optimiser la gestion de l’énergie sans pour autant compromettre la performance et la robustesse des circuits. Dans ce contexte, cette thèse étudie de nouveaux dispositifs de gestion de l’énergie ainsi que leur mise en œuvre, en combinant deux approches: la logique asynchrone et les techniques de polarisation du substrat (Adaptive Body Biasing - ABB). Cette thèse comporte quatre contributions permettant la conception de circuits asynchrones énergétiquement plus efficaces. 1) Une unité arithmétique et logique (UAL) asynchrone quasi insensible aux délais (Quasi Delay Insensitive - QDI) a été conçue et utilisée pour mener une analyse comparative entre systèmes synchrones et asynchrones. Cette étude démontre notamment  la meilleure efficacité énergétique et la plus grande robustesse des circuits asynchrones QDI, surtout lorsqu’ils fonctionnent à basse tension. 2) Une cellule standard a été spécialement développée pour mettre en œuvre nos schémas d’adaptation dynamique du substrat (ABB) qui ajustent la tension de seuil (Vth) des transistors. En outre, cette cellule s’est révélée très utile pour la détection de fautes transitoires causées par des radiations environnementales. Cette cellule est en outre un élément clé pour exploiter la polarisation du substrat, un des intérêts majeurs de la technologie FD-SOI, et d’améliorer la fiabilité du système. 3) Trois stratégies de polarisation de substrat ont été évaluées. Ces stratégies reposent sur la détection automatique de l’activité des circuits asynchrones QDI et de la polarisation de multiples domaines dans le substrat (Body Biasing Domains - BBD). De plus, une méthode pour analyser l’efficacité énergétique des stratégies de polarisation pour les circuits asynchrones QDI a également été proposée dans le cadre de cette thèse. 4) Enfin, un flot de conception de circuits numériques intégrés a été proposé et développé. Ce flot, basé sur des cellules standards, permet d’exploiter des stratégies de polarisation (ABB) avec plusieurs domaines (BBD) en utilisant la cellule standard spécialement développée. Un testchip a été conçu et fabriqué pour valider notre flot de conception et évaluer l’efficacité de la cellule proposée. / Keeping the fast evolving pace of embedded systems of portable devices require ameliorations of power management techniques, without compromising the circuit performance and robustness. In this context, this thesis studies novel energy management schemes, and how to implement them, by using two main design approaches: asynchronous logic and adaptive body biasing (ABB) techniques. Four main contributions have been done, thus enabling the design of more energy efficient asynchronous circuits. 1) We contributed with the design of a Quasi-delay Insensitive (QDI) asynchronous ALU architecture, used in a comparative analysis of asynchronous versus synchronous systems. This first study has demonstrated the energy efficiency and robustness of QDI circuits, especially if operating at low power supply (Vdd ). 2) We proposed a new body built-in cell for implementing ABB schemes by tuning the circuit threshold voltage (Vth) on-the-fly; and detecting short-duration and long-duration transient faults (TF) caused by environmental radiation. The proposed cell is a key building block to fully benefit from body biasing features of the FD-SOI technology while enhancing system’s reliability. 3) We assessed three different ABB strategies - based on automatic activity detection and multiple body-biasing domains (BBDs) - for QDI asynchronous circuits. Furthermore, a methodology for analyzing energy efficiency of ABB strategies in QDI asynchronous circuits is also proposed in this work. 4) We developed a standard cell-based IC design flow to apply ABB strategies with multiple BBDs by using the proposed body built-in cells. A testchip has been designed and fabricated to validate the developed design flow and the efficacy of the body built-in cell.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le développement d'une méthodologie de conception de circuits asynchrones Quasi Insensibles aux Délais (QDI) et son application à des circuits sécurisés. Contrairement aux circuits synchrones, les circuits asynchrones se caractérisent par l'absence de signal d'horloge. Ces circuits sont séquencés par un mécanisme de communication et de synchronisation local. En plus des nombreuses propriétés des circuits asynchrones telles que la robustesse, une faible consommation, un faible bruit et une excellente modularité, les propriétés de la logique QDI apparaissent également particulièrement intéressantes pour sécuriser l'implantation des circuits intégrés contre les attaques par analyse de courant. Cependant, le manque de méthode et d'outil de conception est un frein à leur adoption. C'est dans ce contexte que se situe ce travail de thèse, qui contribue au développement d'un outil de conception de circuits asynchrones développé au laboratoire TIMA : TAST.

Les systèmes logiciels sont devenus omniprésents se substituant à l'homme pour des tâches délicates, souvent critiques, mettant en jeu des coûts importants voire des vies humaines. Les conséquences des défaillances imposent la recherche de méthodes rigoureuses pour la validation. L'approche par automates du model-checking est la plus classique des approches de vérification automatique. Elle prend en entrée un modèle du système et une propriété, et permet de savoir si cette dernière est vérifiée. Pour cela un model-checker traduit la négation de la propriété en un automate et vérifie si le produit du système et de cet automate est vide. Hélas, bien qu'automatique, cette approche souffre d'une explosion combinatoire du nombre d'états du produit.Afin de combattre ce problème, en particulier lors de la vérification des propriétés insensibles au bégaiement, nous proposons la première évaluation d'automates testeur (TA) sur des modèles réalistes, une amélioration de l'algorithme de vérification pour ces automates et une méthode permettant de transformer un TA en un automate (STA) permettant une vérification en une seule passe.Nous proposons aussi une nouvelle classe d'automates: les TGTA. Ces automates permettent une vérification en une seule passe sans ajouter d'états artificiels. Cette classe combine les avantages des TA et des TGBA (automates de Büchi). Les TGTA permettent d'améliorer les approches explicite et symbolique de model-checking. Notamment, en combinant les TGTA avec la saturation, les performances de l'approche symbolique sont améliorées d'un ordre de grandeur par rapport aux TGBA. / Software systems have become ubiquitous in our everyday life. They replace humans for critical tasks that involve high costs and even human lives. The serious consequences caused by the failure of such systems make crucial the use of rigorous methods for system validation. One of the widely-used formal verification methods is the automata-theoretic approach to model checking. It takes as input a model of the system and a property, and answers if the model satisfies or not the property. To achieve this goal, it translates the negation of the property in an automaton and checks whether the product of the model and this automaton is empty. Although it is automatic, this approach suffers from the combinatorial explosion of the resulting product. To tackle this problem, especially when checking stutter-invariant LTL properties, we firstly improve the two-pass verification algorithm of Testing automata (TA), then we propose a transformation of TA into a normal form (STA) that only requires a single-pass verification algorithm.
 We also propose a new type of automata: the TGTA. These automata also enable a check in a single-pass and without adding artificial states : it combines the benefits of TA and generalized Büchi automata (TGBA). TGTA improve the explicit and symbolic model checking approaches. In particular, by combining TGTA with the saturation technique, the performances of the symbolic approach has been improved by an order of magnitude compared to TGBA. Used in hybrid approaches TGTA prove complementary to TGBA.
 All the contributions of this work have been implemented in SPOT and LTS-ITS, respectively, an explicit and a symbolic open source model-checking libraries.