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Introduction

Loi de Moore

Histoire : Gordon E. Moore (cofondateur Intel)

Dans les microprocesseurs, le nombre de transistors sur une puce va doubler tous les deux ans

Passage de 2250 transistors en 1971 à plusieurs dizaines de milliards actuellement
Actuellement encore plus ou moins valable (ralentissement depuis 2015)

Jusqu’en 2018

Jusqu’en 2025

Avantages

Taille d’un transistor actuellement : entre 5 nm (M1) / 7 nm (AMD) / 10-14 nm (intel)
Augmentation fréquence horloge
Diminution des coûts
Diminution dissipation thermique
Intégration de plus de fonctionnalités

Microcontroleurs

Description

Regroupent sur une même puce :

microprocesseur
mémoire(s)
ports entrée/sortie
périphériques
bus de communication

Caractéristiques

puissance, mémoire & fréquence d’horloge le plus souvent < ordinateurs
consommation faible
prix relativement faible
utilisation dans des systèmes embarqués

Exemple

Régulateur de vitesse d’une voiture :

récupère la vitesse de la voiture (capteur externe, port d’entrée)
doit contrôler l’accélération ou le freinage (envoie des ordres à des actionneurs externes, ports de sortie)
soumis à des contraintes temporelles (temps de réponse)

Autre exemple : machine à laver

Architexture

applications “temps réel” => pas de système d’exploitation
composants autonomes : programme en mémoire morte (ROM / EEPROM / FLASH)
architecture Harvard :
- bus mémoire programme & données séparés
- jeu d’instructions réduit (RISC)

Exemples de périphériques

timers
CAN / CNA
modules de communication

System on Chip (SOC)

Description

Définition SOC : circuit intégré comportant tout ou partie des composants d’un ordinateur.

Au niveau de la quantité de fonctionnalités intégrées directement sur la puce :

Microprocesseur < Microcontrolleur < SOC

Types

SOC basés sur un microcontrolleur
SOC basés sur un microprocesseur
SOC spécialisés (ASICs)
PSoC : microprocesseur + FPGA (Field Programmable Gate Array)

Contenu

La plupart du temps :

CPU
mémoire et/ou controlleur mémoire (ROM / RAM - SRAM / DRAM / EEPROM)
GPU / interface graphique
stockage secondaire et/ou controlleur stockage secondaire (EEPROM / Flash)
ports entrée / sortie (USB, HDD, Ethernet, SPI, HDMI, I2C…)
fonctions radio (WIFI / BT / NFC)

Peut aussi contenir des fonctionnalité de traitement de signaux plus spécialisés: digitaux, analogiques, mixtes, radio..

Organisation

Peut aussi être associé à des composants externes pour

mémoire (LPDDR : mémoire DDR basse consommation)
stockage secondaire (eUFS ou eMMC : carte sd)

Les composants externes peuvent être installés au dessus du SOC (POP), ou à côté (2.5D, TSI)

Avantages et inconvénients

Avantages

gain de place
amélioration des performances
diminution de la consommation énergétique

Inconvénients

moins d’évolutivité
pas remplaçable

Applications

Secteurs

mobile computing (ex: smartphones)
edge computing (ex: reconnaissance faciale, voiture autonome..)
IOT (Internet of Things : internet des objets / objets connectés…)

Applications IOT / Systèmes embarqués / Edge computing

systèmes AI
vision par ordinateur
collecte, traitement et transmission de données
ambient intelligence (~ amélioration du quotidien : RFID, BLE, implants, capteurs, …)

Densité / économies d’énergie / traitements spécialisés et optimisés

Applications mobiles

Téléphones portables & tablettes : performances / économies d’énergie / gain de place

Contient : processeur, mémoires, caches, réseau sans fil, appareil photo, processeur IA…

A cause de la taille des mémoires, mémoire et stockage flash sont souvent déportés (à côté ou au dessus - PoP / TSI)

Exemples ARMv7/8/9 : Samsung Exynos / Qualcomm Snapdragon / Apple Axx