Actionneur continu de tension

L’actionneur continu de tension considéré est un convertisseur DC/DC, qui permet de générer n’importe quelle tension d’alimentation sur la gamme de fonc- tionnement de la ressource [Vmin, Vmax]. L’actionneur de fréquence conjointement

utilisé est quasi-continu (FLL) sa résolution de fréquence étant en effet de 10MHz sur une gamme de quelques GHz. En conséquence, le point de fonctionnement tension/fréquence appliqué à la ressource peut-être choisi quasi-librement dans l’espace VF borné par les limites de fonctionnement respectives des actionneurs. Comme décrit précédemment, les variations de tension ou de température n’ont pas le même effet sur le point de fonctionnement optimal {V, F }opt. C’est

pourquoi il est intéressant de réfléchir à des politiques de réadaptation dédiées à chaque type de variations. Dans un premier temps, la politique de réadaptation à

2.5. POLITIQUES DE RÉADAPTATION LOCALE 39

une variation de température sera décrite avant de présenter celle relative à une variation de tension.

Réadaptation à une variation de température

Une variation de température modifie la forme de la limite maximale de fonc- tionnement et donc la position du point de fonctionnement optimal {V, F }opt. En

réalité, comme nous considérons les systèmes à contrainte temps réel, l’optimi- sation de l’efficacité énergétique passe par la minimisation du niveau de tension Vopt sous contrainte de performances Fcible.

La Figure 2.18 montre qu’une variation de température entre deux instants de mesure tm−1 et tm peut être compensée en ajustant le niveau de tension de

Vtm−1

opt à Vopttm. Dans l’exemple présenté, cet ajustement de la tension du DC/DC

permet une diminution de la tension de ∆V pour la même performance Fcible, ce

qui correspond à une amélioration de l’efficacité énergétique. Il est à noter que pour une fréquence cible au delà du TIP l’ajustement de tension aurait conduit à une baisse de l’efficacité énergétique afin de conserver la fonctionnalité de la ressource. F V Vmin Vmax Zone non-fonctionnelle tm−1 tm Fcible Vtm opt V t_m−1 opt ∆V TIP

Figure 2.18 – Réadaptation à une variation de température ∆T avec un action- neur continu de tension

La politique de réadaptation à une variation de température est plutôt intui- tive. Une variation de température ∆T est contrecarrée par une variation de la tension d’alimentation ∆V . Le rôle de l’ajustement local est alors de calculer la valeur de ∆V qui permet de compenser la variation ∆T pour conserver le point de fonctionnement optimal.

Ceci peut être réalisé en connaissant la sensibilité de la fréquence aux variations de température sur la gamme [Vmin, Vmax]. Cette caractérisation de la sensibilité doit

être réalisée durant la phase de conception du circuit, par simulation électrique des chemins critiques de la ressource ou d’un élément représentatif de ces chemins. Nous avons vu dans la section 2.2 que les oscillateurs en anneau ont souvent été utilisés pour émuler le comportement des chemins critiques. Il est donc possible d’obtenir une table des sensibilités de la fréquence aux variations de température et de tension en analysant le comportement de la fréquence d’un RO sous des variations de température et de tension.

Il existe une limitation à l’utilisation d’un actionneur continu de tension. En effet, le calcul de la limite de fonctionnement nécessite le stockage en mémoire de la table des sensibilités et la mise à jour de toutes les fréquences limites pour une gamme de tension importante. Le coût de calcul lié à la mise à jour des fréquences maximales peut être limité en réduisant la gamme de tension mise à jour à la fourchette encadrant la dernière tension de fonctionnement Vtm−1

opt . Cependant la

table des sensibilités doit au moins couvrir l’ensemble de la gamme de tension de fonctionnement, voire également la gamme en température sous peine de devoir introduire des marges pessimistes de fonctionnement. Il apparait donc difficile d’exploiter le continuum de tension d’un actionneur continu de tension.

Réadaptation à une variation de tension

Une variation de tension ∆Vdropa pour effet de changer la fréquence maximale

de fonctionnement de la ressource. La politique intuitive pourrait être de réajuster le point de fonctionnement en ajustant directement la tension d’alimentation par le DC/DC. Toutefois, cette solution n’est pas applicable car les variations de tension sont généralement plus rapides que le temps de réponse d’un DC/DC qui est au mieux de l’ordre de la dizaine de microsecondes.

La Figure 2.19 illustre la politique proposée dans le cas d’une variation ∆Vdrop>

0. Il est proposé dans le cas général, qu’en présence d’une variation de tension ∆Vdrop, un ajustement de la fréquence de fonctionnement ∆F soit réalisé. Si cette

solution permet de conserver une efficacité énergétique optimale puisque le point de fonctionnement reste aussi proche que possible de la limite de fonctionnement, elle modifie toutefois la contrainte de performance en changeant la fréquence cible. Dans l’exemple présenté, l’augmentation de la fréquence aura pour effet d’accé- lérer l’exécution de la tâche qui sera donc terminée plus tôt que prévue ce qui n’est pas optimal. Cependant, lorsque la variation de tension est stabilisée, et si le délai avant la fin de la tâche est suffisant, le point de fonctionnement peut être ajusté pour revenir à une fréquence plus lente afin de terminer la tâche au plus proche de la limite de temps DL qui lui est impartie.

Dans le cas d’un IRdrop ∆Vdrop<0, la fréquence est diminuée afin de conser-

2.5. POLITIQUES DE RÉADAPTATION LOCALE 41

tâche et peut de conduire à une violation de la limite de temps DL. Si la variation de tension se stabilise avant la fin de la tâche il est possible de réajuster le point de fonctionnement pour terminer l’exécution de la tâche dans le délai imparti.

F V Vmin Vmax Zone non-fonctionnelle Ftm−1 cible Vtm opt Vtm−1 opt ∆Vdrop ∆F Ftm cible

Figure 2.19 – Réadaptation à une variation de tension ∆Vdrop avec un actionneur

continu de tension

Si la politique de réadaptation à une variation de tension est moins intuitive que celle en température, le principe reste très simple. De même que pour une variation de température, la valeur de ∆F calculée par l’ajustement local, est déduite de l’analyse de la sensibilité de la fréquence aux variations de tension.

Les limitations de cette politique sont assez semblables à celle de la politique précédente. En effet, il est nécessaire de stocker une table des sensibilités des fréquences aux variations de tension sur la gamme de température considérée. De plus, l’ensemble des points de fonctionnement qui forment la limite de fonc- tionnement doivent être connus de l’ajustement local, ou a minima la gamme des points qui entourent le point de fonctionnement sur une fourchette de tension qui couvre les variations de tension les plus importantes.

Les limitations de la politique de réadaptation à une variation de tension viennent s’ajouter à celles déjà décrites pour les variations de température. L’uti- lisation d’un actionneur continu de tension permet de réadapter le fonctionnement de la ressource en appliquant des politiques simples, mais l’ensemble des limita- tions décrites rend difficile une implémentation bas coût de ces politiques. Un actionneur discret de tension permet de limiter ces difficultés.