Implémentation de la puce

Cette étape consiste à la mise en forme de la structure du circuit à concevoir par la mise en place des différents composants.

a. Le Floorplan (plan de circuit intégré)

Le concepteur, connaissant les composants qu’il utilisera dans son circuit, définit le plan du circuit ainsi que les emplacements des différents composants à utiliser. Ce plan est défini en tenant compte des contraintes de taille et de communication entre les différents éléments. Un exemple de floorplan est représenté par la Figure 2-1. Les emplacements des différents blocs de composants sont définis en fonction de leurs tailles. Dans de notre figure par exemple, nous pouvons observer les emplacements dédiés composants suivants:

- Les grilles d’alimentation, elles sont définies pour accueillir les cellules standards. Le but étant de pouvoir fournir du courant à chaque cellule standard quel que soit son emplacement dans le circuit.

- Les microprocesseurs ou CPU (Central Processor Unit), ce sont des blocs complets qui exécutent les instructions et traitent des données. Les microprocesseurs sont habituellement regroupés en catégories, en fonction du jeu d'instructions qu'ils exécutent.

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Figure 2-1 : Exemple de plan de circuit intégré

- Les processeurs graphiques ou GPU (Graphical Processor Unit) : ce sont des microprocesseurs dédiés au traitement des données d’affichage. Ils gèrent tout ce qui est en rapport avec l’affichage graphique.

- Les blocs mémoires : ils sont dédiés au stockage des données du circuit intégré.

- Le bloc d’alimentation électrique du circuit intégré, il fournit le courant nécessaire à tous les composants de la puce.

- Les périphéries d’entrée et sortie : ils servent de canaux de communication entre la puce et l’extérieur.

- Le bloc de radio fréquence (RF)

- Et les bus par lesquels les différents blocs communiquent entre eux. Chaque bloc fonctionnel s’intègre dans l’emplacement qui lui est réservé.

b. Placement de cellules standards dans la grille d’alimentation

Dans les circuits numériques, les cellules standards et les blocs fonctionnels sont placés dans les grilles d’alimentation du circuit intégré à l’aide des outils de placement. L’exemple de la Figure 2-2 représente des cellules standards (de numéros 1 à 14) placées sur des rails d’alimentation (Gnd et Vdd) horizontaux. Le but étant de placer chaque composant de sorte à assurer son alimentation et sa communication avec les autres cellules du circuit.

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Figure 2-2 : Placement des cellules standards sur des rails d’alimentation.

Les blocs fonctionnels sont quant à eux intégrés manuellement dans les emplacements qui leur sont dédiés dans le circuit intégré.

c. Routage

Le routage consiste à générer des dessins électriques des circuits intégrés en réalisant les interconnexions entre les différents composants. Il permet d'une part de trouver l'arrangement optimal des modules ou des cellules et d'autre part de relier les lignes de signaux entre les différents composants. De plus, ses opérations sont réalisées automatiquement par des outils de routage compte tenu du nombre de lignes d’interconnexion. Cela permet en effet un gain de temps, de la souplesse de construction et de sécurité de résultat. Ces outils utilisent les couches de métal disponibles dans le circuit pour réaliser les connexions. Il existe plusieurs types de routage, à savoir :

- Le routage au niveau haut qui consiste à réduire les interconnexions entre les blocs fonctionnels. Il permet aussi d’éviter le phénomène de diaphonie capacitive (crosstalk) entre les lignes.

- Le routage au niveau du bloc fonctionnel a pour but de réduire les distances entre les différents éléments à l’intérieur d’un même bloc fonctionnel. Il permet d’éviter des problèmes DRC (Design Rules Check).

- Le routage des grilles d’alimentation a pour but de minimiser la résistance électrique sur le chemin d’alimentation des différents composants.

- Le routage d’horloge a pour but de réduire les retards dans la transmission des signaux de d’horloge.

Méthodologie de validation EMG au niveau de la conception d’un circuit 59 d. Synthèse d’arbre d’horloge

Dans les circuits synchrones, la synchronisation des circuits numériques nécessite un ou plusieurs signaux d’horloge pour coordonner les opérations. Les signaux d’horloge sont distribués aux bascules synchrones à travers l’ensemble du circuit par un réseau électrique appelé arbre d’horloge (ou Clock Tree). Il est composé de cellules standards appelées cellules d’horloge, car utilisées dans le réseau de distribution des signaux d’horloge. Ces cellules standards sont disposées de manière structurée en fonction du placement des blocs fonctionnels à cadencer. L’exemple de la Figure 2-3, illustre un arbre d’horloge composé de cellules d’horloge (CT : Clock Tree). Les cellules d’horloges sont choisies de sorte à ce que le signal arrive dans chaque bascule (D) à des délais prédéfinis (t1, t2 et t3) et le temps (t4) de signal dans le bloc fonctionnel.

Figure 2-3 : Exemple d’arbre d’horloge

Dans les circuits synchrones, les changements d'état de l'horloge font commuter un grand nombre de cellules, qu'elles soient utilisées ou non à cet instant. La consommation électrique d’un circuit est dépendante de l’horloge qui gère son activité, d’où l’importance de la part des cellules d’horloge dans la consommation globale du circuit [SENTIEY O., 2002]. Cela s’explique par le fait que les fronts d'horloge consomment de l'énergie en chargeant et déchargeant les capacités de charge des interconnexions, et en activant les bascules qui y sont reliées.

e. Cellules de données

Les cellules dites de données sont dédiées aux tâches de traitement des opérations arithmétiques et de mémorisation dans les puces. Elles sont sollicitées par intermittence durant la durée de vie

Méthodologie de validation EMG au niveau de la conception d’un circuit 60 du circuit entre tâches à exécuter et période de latence. Ces cellules se composent principalement de portes logiques ET, OU, NON-ET, de bascules, etc. Leur consommation en énergie est faible par rapport aux cellules d’horloges.