Évolution des systèmes électroniques et SoC

Évolution du marché des systèmes électroniques

• La demande de services en télécommunication, multimédia, technologies et informatique augmente.
• Le nombre de transistors par personne augmente exponentiellement, en accord avec la loi de Moore.
• La conception des systèmes électroniques doit être rapide, évolutive et rentable.
• Le coût d'un transistor baisse de 42% par an, tandis que le nombre de transistors par puce double tous les deux ans.

SoC (System on Chip)

• Définition:
  • Un système complet sur une seule puce de silicium.
  • Intégration de plusieurs fonctions complexes sur une seule puce.
• Fonctionnalités:
  • Processeurs embarqués.
  • Mémoires embarquées.
  • Logiciels embarqués.
  • Interfaces standard.
  • Bus.
  • IP réutilisables et complexes.
  • Modules de signaux mixtes (ADC/DAC).
• Types de SoC:
  • Microcontrôleur: forme la plus simple, à la base des cartes Arduino.
  • Microprocesseur: utilisé par exemple pour traiter les images Full HD et Ultra HD.
  • Puce neuronale (NPU): gère l'intelligence artificielle des smartphones, comme Google Translate.
  • Processeur de signal numérique (DSP): traite les signaux numériques, comme la musique et la vidéo.
  • Modem (Interface): gère les protocoles de communication, comme le Wifi, Bluetooth, NFC, 4G, 5G.
  • Processeur de signal d'images (ISP): traite les images numériques, compensant les limitations optiques des capteurs photos.
  • Processeur de sécurité (SPU): protège les données sensibles du smartphone, comme les données biométriques, bancaires et les clés de chiffrement.

DMA (Direct Memory Access)

• Assure le transfert automatique de données vers/depuis la mémoire.
• Utile pour des volumes importants de données.
• Configuré par le CPU.
• Signal d'interruption au CPU pour indiquer la fin du transfert.
• Optimise les performances grâce à un bus large et le transfert en mode "burst".
• Permet des transferts directs entre périphériques.

Limites du SoC

• Performances limitées pour le multitâche: les SoCs traditionnels ont des difficultés à gérer plusieurs tâches simultanément, notamment les calculs intensifs.
• Manque de parallélisme: les SoCs ont une architecture généralement moins adaptée aux environnements fortement parallèles.
• Spécialisation limitée: les SoCs sont souvent généralistes, manquant d'unités de traitement spécialisées (GPU, DSP, NPU).
• Limitations de la gestion énergétique: les SoCs ne sont pas optimisés pour tous les types de tâches.

MPSoC (Multiprocessor System on Chip)

• L'évolution naturelle du SoC pour répondre aux besoins croissants en performances, parallélisme et gestion énergétique.

Fonctionnalités Clés du MPSoC:

• Faible latence: optimisé pour des temps de réponse rapides, crucial pour les applications en temps réel.
• Fiabilité et sécurité: intègre des fonctionnalités de sécurité matérielle et de tolérance aux pannes.
• Mémoire Tightly-Coupled (TCM): accès rapide à la mémoire, améliorant les performances globales.

Avantages du MPSoC:

• Réactivité: les cœurs ARM Cortex-R offrent des temps de réponse ultra-rapides.
• Fiabilité: intégration de mécanismes de sécurité et de tolérance aux pannes.

Composants additionnels du MPSoC:

• Processeurs graphiques (GPU):

  • Exemple: ARM Mali-400MP, utilisé pour le traitement graphique et multimédia.
  • Fonctionnalités: rendu 3D, traitement vidéo, efficacité énergétique.
  • Avantages: performances graphiques élevées, polyvalence.

• Unités de traitement spécialisées:

  • Unités de codec vidéo: compression et décompression vidéo (H.265/H.264), optimisant le stockage et la qualité vidéo.
  • Unités de gestion de la puissance: optimisent la consommation d'énergie en fonction de la charge de travail, augmentant l'autonomie et minimisant la consommation d'énergie.