Microprocesseurs: sans horloge, on gagne du temps
Publié par Michel le 08/11/2006 à 00:00
Source: CNRS
Illustration: © M. Renaudin/TIMA
C'est un argument commercial de poids: chaque nouvelle génération d'ordinateurs affiche des fréquences d'horloge – les fameux gigahertz – toujours plus infernales. Ce sont elles qui donnent la cadence des opérations d'un microprocesseur. Problème: même dans le microprocesseur le plus rapide du monde (Le mot monde peut désigner :), la plupart des composants passent le plus clair de leur temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) à attendre qu'un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes...) d'horloge les invite à poursuivre le traitement des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) !

Pour résoudre ce problème, plusieurs groupes de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...), dont le laboratoire "Technique de l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des machines telles que les...) et de la microélectronique pour l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) d'ordinateurs" (Tima) 1, de Grenoble, se sont lancés il y a quelques années dans une démarche radicale: puisque l'horloge ralentit le fonctionnement d'un microprocesseur, autant la supprimer. Ce faisant, ils ont ouvert la voie à une nouvelle électronique, dite asynchrone. Aujourd'hui, pour qu'elle devienne un standard, les chercheurs grenoblois travaillent sur plusieurs applications, dont l'électronique embarquée pour l'automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en conséquence. C'est un des moyens de...), et développent des outils permettant de concevoir les nouveaux processeurs.


Circuit électronique asynchrone développé au laboratoire Tima
pour un processeur (Le processeur, ou CPU (de l'anglais Central Processing Unit, « Unité centrale de traitement »), est le composant de l'ordinateur qui exécute les programmes informatiques. Avec la...) de cryptographie (La cryptographie est une des disciplines de la cryptologie s'attachant à protéger des messages (assurant confidentialité, authenticité et intégrité) en s'aidant souvent de secrets ou clés.)

"Dans la logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la fois raison, langage, et raisonnement) est dans une première approche l'étude des...) synchrone, explique en préambule Marc Renaudin, responsable du groupe de recherche Concurrent Integrated Systems (CIS) au laboratoire Tima, le travail du processeur est découpé en séquences. Leur durée, imposée par l'horloge, est calibrée en fonction de la tâche la plus longue qu'un bloc du composant puisse rencontrer". Une façon de s'assurer que chaque bloc aura terminé son travail avant le démarrage d'un nouveau cycle.

À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...), la logique asynchrone permet d'éviter les temps morts: le travail est découpé de telle manière que la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de processus dans chaque bloc n'est pas tributaire de celles des blocs voisins. Autrement dit, ce n'est pas la simultanéité (La notion de simultanéité est intuitive dans un univers, celui de Newton, où le temps est absolu et où temps et espace sont indépendants. Dans l'univers de la relativité restreinte proposé en 1905 par Albert Einstein, les...) des processus dans différentes parties de la puce qui compte, mais l'ordre dans lequel ils s'enchaînent au sein d'un même bloc. "Ainsi, si l'opération qu'il traite est complexe, un bloc travaillera lentement. Mais si elle est simple, il travaillera vite et passera sans perte de temps à l'opération suivante". Plus rapides, les puces asynchrones sont aussi plus économes en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), plus résistantes au piratage, moins sensibles à la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle...), et moins émettrices de pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain [1].) électromagnétique.

Déjà, elles ont fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par...) de plusieurs applications. "Ces dernières années, détaille Marc Renaudin, nous avons par exemple travaillé sur des applications à la cryptographie. Et actuellement, nous développons des microprocesseurs asynchrones à faible consommation à destination de l'électronique embarquée, pour l'automobile, par exemple". Mais avant leur avènement sur le marché, les puces asynchrones devront se montrer plus faciles d'accès. "C'est pourquoi nous mettons aussi l'accent sur les outils d'aide à la conception", poursuit le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et...). Quand ceux-ci seront à la disposition des ingénieurs, possible que nos ordinateurs perdent alors complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la...) la notion du temps.

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