Validation du concept du RFNoC en VHDL-AMS et Allocation de ressources spectrales

Un réseau sur puce établi avec des interconnexions RF est constitué d’un émet- teur RF, d’une ligne de transmission et d’un récepteur RF. Vu les multiples avantages des interconnexions RF par rapport aux interconnexions classiques, l’idéal serait de les déployer massivement sur les MPSoC, notamment pour les communications à longue distance. Toutefois, l’état de l’art de l’intégration des émetteurs-récepteurs dans les SoC indique que les interconnexions RF ne peuvent remplacer les inter- connexions classiques que partiellement. L’approche de réseau hiérarchique est alors adoptée. Localement, les communications sont accomplies par les interconnexions classiques pendant que les données échangées à longues distances sont transmises à travers les interconnexions RF. Les éléments constituant le MPSoC, c’est-à-dire, les processeurs, les mémoires caches ou tout simplement des IP, sont réunis dans des clusters de tailles égales généralement (figure 2.1). Un sous réseau de topologie de grille en 2D ou autre to- pologie assure les interconnexions à l’intérieur du cluster. Chaque cluster est doté d’un émetteur-récepteur RF (Tx-Rx dans la figure 2.1) et lui permet d’envoyer et de recevoir des données à travers la ligne de transmission. La ligne de transmission dessert tous les émetteurs-récepteurs RF.

Alors que dans la plupart des bus d’interconnexions classiques les données sont transmises en parallèle à travers plusieurs fils de cuivre, en ce qui concerne les in- terconnexions RF, les données sont sérialisées et transmises à travers des bandes de fréquences. Dans un RFNoC, les données sont transposées à une fréquence porteuse qui est fixée par l’oscillateur local. En effet, à travers une simple modulation analo- gique d’amplitude (ASK), le signal numérique provenant du cluster initiateur, sous forme d’une suite de bits, est mélangé avec le signal RF délivré par l’oscillateur local. Le signal ainsi généré est envoyé à travers la ligne de transmission. Étant donné que l’accès multiple est effectué par répartition en fréquence (FDMA), tous les clusters transmettent leurs données à travers la même ligne de transmission en même temps. Cependant, chaque émetteur rattaché à un cluster utilise une fréquence porteuse différente des autres. A un instant donné, chaque récepteur est accordé sur une seule fréquence porteuse par son oscillateur local. Le signal provenant de la ligne de transmission dont la fréquence porteuse est égale à celle sur laquelle le récepteur est accordé est transposé en bande de base par le mélangeur du récepteur. Avant d’atteindre le cluster cible, le signal passe à travers un filtre passe-bas afin d’éliminer tous les signaux en dehors de la bande utile. Finalement, le signal numérique est reconstitué grâce à un détecteur de seuil.

Les interconnexions RF permettent aux RFNoC de mieux exploiter les ressources spectrales disponibles. En effet, les bandes de transmission de données occupent le maximum de la bande disponible. En revanche, les réseaux classiques, transmettant les données uniquement en bande de base, n’exploitent qu’une part infime des res- sources spectrales disponibles (Figure 2.2). Pour la figure 2.2, nous supposons que chaque bandes de transmission du RFNoC permet la transmission d’un débit égale à celui d’un bus classique. Dans ce chapitre, l’objectif est, dans un premier temps, la validation du concept du RFNoC par des simulations utilisant des modèles simplifiés des éléments du RF- NoC avec le FDMA comme technique d’accès multiple. Nous avons choisi le FDMA parmi d’autres méthodes d’accès multiple. Notre choix est motivé par la simplicité du segment RF que le FDMA nécessite, notamment en émetteur-récepteur homo- dyne. Ce segment RF est aussi l’un des plus compacts. Nous avons choisi pour la modélisation le langage VHDL-AMS qui est particulièrement adapté pour dévelop- per ces modèles car il permet la modélisation des circuits numériques, analogiques et mixtes. Dans un deuxième temps, une étude prospective est présentée afin d’op- timiser l’allocation d’une bande spectrale disponible à l’ensemble des utilisateurs du RFNoC qui sont dans ce cas, les clusters. Cette optimisation doit répondre à plusieurs critères : la largeur d’une bande de transmission de données est fixe et est équivalente au débit de transmission des bus classiques, il faut allouer un maxi- mum de bandes afin d’augmenter le débit de données, il faut également réduire au minimum la surface des émetteurs-récepteurs et leur consommation d’énergie.Le VHDL-AMS est établi pour répondre à des besoins lors du processus de conception des circuits électroniques à plusieurs étapes. En effet, le VHDL-AMS permet d’abord de décrire la structure des systèmes complexes ainsi que la connec- tique des sous-systèmes les composant. Ensuite, le fonctionnement de chaque sys- tème primaire est spécifié en utilisant des équations et de simples fonctions. Ainsi, un prototypage virtuel du système complet est simulé avant sa fabrication et per- met d’effectuer des corrections et des optimisations afin d’éviter des coûts élevés du processus de fabrication, en plus du temps que cela nécessite. Enfin, le VHDL-AMS permet également de décrire les micro-systèmes avec des structures très détaillées afin de faciliter et d’optimiser l’étape de leur synthèse en silicium.