Minalogic : Parlez-nous de TIMA...

Dominique Borrione : TIMA est un laboratoire de recherche publique, dont les autorités de tutelles sont le CNRS, Grenoble INP et l'Université Joseph Fourier.

Le Laboratoire TIMA se situe à la frontière entre la micro-nano-électronique et les technologies de l'information et de la communication. Les sujets de recherche couvrent la spécification, la conception, la vérification, le test, les outils et les méthodes d'aide à la conception des systèmes intégrés sur la puce (SoC). Le champ de recherche, dont le maître mot est conception, s'étend des composants de base analogiques et numériques jusqu'aux systèmes multiprocesseurs sur la puce et à leur système d'exploitation de base. Le Laboratoire TIMA rassemble environ 110 personnes de 20 nationalités. Ces chiffres n'incluent pas les visiteurs et stagiaires de fin d'études (Master et Ingénieurs), une vingtaine de mars à août chaque année.

Le Laboratoire TIMA est organisé en quatre grands thèmes :

• 1. Architectures robustes de circuits et systèmes intégrés complexes. Le but est de concevoir des architectures pour rendre les circuits plus résistants aux attaques naturelles ou malveillantes, et permettre à un circuit ayant des défauts de fabrication ou de vieillissement de fonctionner en mode dégradé ; évaluer la sensibilité aux radiations et l'efficacité des techniques de tolérance aux fautes fait partie de ce thème.

• 2. Conception de dispositifs et systèmes intégrés. Il s'agit d'étendre les applications des circuits intégrés en utilisant des matériaux souples, en récupérant l'énergie ambiante, en concevant de nouveaux capteurs et actionneurs destinés à des implants ou des fonctionnements dans des conditions sévères. A partir de dispositifs innovants, des architectures incluant des circuits asynchrones visent à des traitements économes en énergie et insensibles aux perturbations.

• 3. Conception et vérification d'architectures de systèmes sur puce. Les travaux portent sur les architectures massivement multi-processeurs et multi-mémoires, communicant à l'aide de réseaux sur puce en trois dimensions : organisation logique et physique des ressources, programmation parallèle temps réel, tolérance aux pannes, partage de la mémoire et des communications. Les recherches incluent aussi la modélisation et les logiciels d'aide à la conception et à la validation formelle et semi-formelle.

• 4. Circuits et systèmes analogiques/mixtes/RF fiables. Les circuits analogiques, mixtes et RF représentent une petite partie d'un dispositif intégré, mais la partie la plus difficile à valider. Ce thème de recherche vise de nouvelles techniques de conception en vue du test, de l'amélioration de la sûreté de fonctionnement, de l'optimisation des tests de production et du diagnostic de ce type de dispositifs.

Les chercheurs de TIMA participent aux comités de programme des conférences majeures du domaine, et assument la présidence de nombreux évènements. En 2012, TIMA organise en Région Rhône-Alpes la 6° Ecole d'hiver sur la Conception de Systèmes Embarqués hétérogènes FETCH (http://fetch-conference.org/) et le 17° European Test Symposium (http://ets2012.imag.fr/).

Minalogic : Dans quel(s) projet(s) du pôle êtes-vous impliqués ? Quelles compétences y apportez-vous ?

D. B. : Une part importante de la recherche à TIMA est effectuée de manière partenariale en coopération avec des centres publics et privés français et mondiaux dans le cadre de contrats (CATRENE, FP7, ANR, Région Rhône-Alpes...). TIMA est fortement impliqué dans le pôle de compétitivité Minalogic, et participe à plusieurs projets:

• Le projet ARAVIS. TIMA apporte son savoir faire dans le domaine de l'asynchrone en l'appliquant à des techniques de gestion de l'énergie et de la variabilité que l'on rencontre dans les technologies avancées (45 et 32 nm). Les stratégies mises en œuvre font appel à des techniques de régulation robuste (coop. INRIA) et à des composants spécifiques. TIMA a développé une bibliothèque TAL (TIMA Asynchronous Library) en 45 nm et a mis au point en coopération avec STMicroelectronics une technique spécifique de caractérisation pour les bibliothèques de cellules asynchrones.

• Le projet ASTEC, qui s'est terminé en mai 2011, a abouti au développement de composants en technologie asynchrone, optimisés pour la très faible consommation et les applications sécurisées. Ce projet réunissait les compétences locales sur les circuits asynchrones: le LETI, TIMA, et la PME Tiempo (une spin-off de TIMA).

• Le projet ASTER (aujourd'hui achevé) visait à concevoir des systèmes utilisant des mémoires statiques plus performantes et plus fiables en un temps plus court. La contribution de TIMA concernait l'évaluation de la robustesse face aux fautes transitoires et plus particulièrement le raffinement des évaluations de taux d'erreurs fonctionnels au niveau système.

• Le projet OpenTLM, qui a fait partie de la première vague des projets Minalogic, s'est intéressé aux techniques de validation des systèmes intégrés multiprocesseur. TIMA y a défini, développé et démontré une technique de simulation dite « native » du logiciel au dessus de matériel simulé en SystemC. Le résultat tangible du projet est la disponibilité d'un prototype en logiciel libre, ainsi que de nouvelles idées pour dépasser les limites de la technologie mise en œuvre.

• Le projet SCEPTRE, premier projet du pôle à s'être achevé, visait le développement d'un ensemble d'outils (debug système, distribution logiciel sur processeurs, détection d'extensions matérielles, ...) permettant de faciliter l'implémentation d'algorithmes multimédia et la génération de codes optimisés sur un réseau multiprocesseur de processeurs reconfigurables. La contribution de TIMA y a été l'apport de plateformes de simulation de matériel très précises et l'adaptation de couches logiciels de bas niveau (OS et middleware) permettant d'exécuter des applications multimédia.

• Le projet SHIVA (Secured Hardware Immune Versatile Architecture) a pour but de fournir un module matériel programmable et reconfigurable pour sécuriser des plates-formes d'infrastructure réseau à haut débit. Trois des thèmes de TIMA contribuent de façon complémentaire au projet. L'essentiel des tâches consiste à proposer des blocs matériels sécurisés pour la cryptographie. Cela inclut des coprocesseurs AES et RSA, un coprocesseur d'audit vérifié de manière continue en ligne et des générateurs de nombres aléatoires vrais (TRNG). Ces générateurs reposent sur l'utilisation d'oscillateurs asynchrones, mis au point et implémentés avec succès sur des cartes FPGA. Les compétences en méthodes formelles ou semi-formelles sont aussi exploitées pour l'analyse de robustesse au niveau Transfert de Registres du coprocesseur AES développé.

• Le projet SOCKET, co-labellisé avec le pôle Aerospace Valley, vise à définir un flot de conception des systèmes embarqués critiques, notamment pour les applications aéronautiques et spatiales, incluant le logiciel et le matériel. TIMA apporte ses logiciels prototypes pour la qualification, la robustesse et la vérification de plateformes matérielles et logicielles complexes décrites en SystemC-TLM.

• Le projet VIS-IMALOGIC. Dans le cadre de ce projet, nous développons des solutions d'auto-test pour les imageurs CMOS. Ces solutions permettent une réduction du test de production en remplaçant des tests fonctionnels très coûteux par des tests électriques alternatifs.

• Dans le projet HBS (Heart Beat Scavenger), il s'agit de réaliser l'alimentation des stimulateurs cardiaques par un microsystème de récupération de l'énergie mécanique des mouvements du cœur, afin de diminuer le nombre d'interventions chirurgicales. Le microsystème conçu par TIMA pourrait être un des premiers industrialisés, notamment dans le domaine médical, utilisant la récupération d'énergie mécanique. L'énergie nécessaire est estimée à 40 mW et le volume sera de 100 mm3 à terme.

Minalogic :  Plus généralement, quels types de partenariats recherchez-vous ?

D. B. : Les équipes du laboratoire ont l'habitude de coopérer en apportant leur savoir-faire complémentaire dans des projets d'envergure, typiquement d'une durée de 3 ans (le temps d'une thèse). Mais elles s'intéressent aussi à des projets focalisés ayant pour objectif d'appliquer et industrialiser les résultats de leur recherche. Le Laboratoire TIMA est ouvert à tout type de partenariat, qu'il s'agisse d'un contrat direct avec une entreprise ou un centre de recherche-développement, de la création d'une start-up, de la mise en place d'une équipe de recherche commune avec un industriel, ou de la participation à un projet coopératif répondant à un appel d'offres. L'essentiel, pour un laboratoire de recherche, est de réaliser des travaux à moyen ou long terme sur des sujets permettant de développer ou de valoriser les domaines d'expertise de ses équipes. En particulier, le cadre des projets du pôle de compétitivité permet de confronter nos idées originales à des cas pratiques.

Parmi les sujets sur lesquels des collaborations sont actuellement recherchées, nous mentionnerons:

• Le développement de solutions de vérification pour systèmes complexes pouvant être considérés à différents niveaux d'abstraction, notamment en liaison avec des procédés de synthèse.
• La consommation et la récupération d'énergie dans les implants médicaux
• L'application des techniques d'échantillonnage non uniforme du signal en liaison avec la logique asynchrone, afin de concevoir des dispositifs à ultra-faible consommation
• Le développement des techniques de conception faible consommation et faible tension
• Les problématiques de sécurité
• Les problématiques architecturales (réseau, hiérarchie mémoire,) et de support logiciel de bas niveau dans les systèmes intégrés multiprocesseurs.
• La simulation rapide de systèmes massivement multiprocesseurs, à l'aide de techniques variées (compilation dynamique, native).
• La démonstration expérimentale, si possible en production, des solutions de test embarqué que nous développons dans le Laboratoire. La validation de ces solutions nécessite un échantillon statistique important que seul peut fournir un partenaire industriel.

> Pour plus d'informations sur le laboratoire TIMA : http://tima.imag.fr/