Caractérisation et modélisation d'interconnexions. Développement de nouvelles solutions pour la transmission d'informations au sein des cartes et puces électroniques.

Depuis les premiers circuits integres en 1959 les composants et les systemes electroniques n’ont cesse de voir leurs performances augmenter suivant ainsi la loi empirique de Gordon Moore qui prevoit un doublement de la complexite des circuits tous les 18 mois. Cette prevision reste aujourd’hui toujours verifiee meme si nous constatons depuis une dizaine d’annees que les frequences d’horloges stagnent autour de 4-5 GHz alors que l’ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) prevoyait dans les annees 2000 des frequences de travail pouvant atteindre 40 GHz pour 2016. L’un des facteurs limitant la progression des performances vient des interconnexions metalliques servant au transport de l’information au sein des systemes electroniques. Les travaux de recherche presentes dans le cadre de l’obtention de l‘habilitation a diriger des recherches concernent d’une part les travaux realises sur la modelisation des interconnexions et d’autre part ceux sur l’etude de solutions alternatives a ces interconnexions classiques. Ces travaux ont ete realises au sein du Lab-STICC en collaboration avec plusieurs collegues et lors de l’encadrement de plusieurs post-doctorants, doctorants et stagiaires de master recherche. Le memoire comporte trois chapitres principaux, le premier concerne les travaux sur la modelisation des interconnexions, le second porte sur l’etude de solutions alternatives a ces interconnexions classiques et le dernier permet la presentation des projets de recherches pour les prochaines annees. L’objectif de nos travaux sur la modelisation des interconnexions consiste au developpement de modeles fiables permettant d’apprehender leurs effets sur les signaux. Dans un premier temps, les travaux portant sur l’obtention de modeles a complexite reduite sont presentes. Puis, afin d’evaluer l’impact des effets inductifs des interconnexions, nous presentons les travaux sur l’identification des chemins de retours du courant dans un reseau comprenant plusieurs lignes et qui sont necessaires pour determiner les inductances de boucles. La prise en compte de l’environnement 3D des interconnexions fait l’objet de la troisieme partie de ce chapitre. Nous traitons ainsi de l’influence de differentes discontinuites et nous presentons des regles de design permettant la limitation des risques de conversion de mode de propagation. Dans le cadre de structures multicouches, nous abordons l’influence de grilles metalliques placees au voisinage d’une ligne sur la propagation des signaux. Enfin nous traitons des risques de couplage entre des vias et les modes de cavites au sein des structures PCB multicouches. La seconde thematique developpee dans ce memoire porte sur le developpement de solutions alternatives aux interconnexions classiques. Apres avoir liste certaines de ces solutions telle que les interconnexions optiques ou les nanotubes de carbone, nous presentons plus particulierement les interconnexions RF qui vehiculent l’information numerique sur porteuse a haute frequence. Dans un premier temps nous analysons les interconnexions RF guidees qui utilisent une ligne de transmission comme support pour transporter l’information. A partir de l’etude des modes d’acces multiples nous montrons que les canaux doivent etre large bande et nous explorons diverses facons de transmettre l’energie a la ligne de transmission. Enfin nous presentons quelques exemples de performances obtenues a l’aide de demonstrateurs numeriques. Ces etudes des interconnexions RF guidees nous ont naturellement amene a considerer les possibilites de transmission par voie hertzienne des informations au sein des cartes et puces electroniques. Nous avons ainsi analyse a l’aide de demonstrateurs tres simples les niveaux de transmission entre deux circuits places sur une meme carte PCB (Printed Circuit Board). Ces etudes initiales sur les interconnexions radios ou sans fils servent de point d’appui aux projets de recherche presentes a la fin de ce manuscrit. La philosophie du projet BBC (wireless interconnect network on chip or in board for Broadcast-Based parallel Computing) finance par le Labex COMINLABS a partir d’octobre est presente de meme que celle du projet ANR Broadways (Broadcast-Based new paradigms of ubiquitous memory mapping, bandwidth allocation and parallel programing made possible by Radio Network On Chip) en seconde phase d’etude aupres de l’ANR.