Circuits numériques de calcul à très faible consommation : étude d'une logique adiabatique basée sur des composants micro-électromécaniques (MEMS)

Digital circuits for very low power computing : study of adiabatic logic circuits based on micro-electromechanical components (MEMS)

• Auteur / Autrice : Aleksandra Markovic
• Direction : Bernard Legrand, Gaël Pillonnet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : MicroNano Systèmes
• Date : Inscription en doctorat le 01/01/2021
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique et télécommunications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAAS - Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MEMS - Microsystèmes électromécaniques
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées (Toulouse ; 1961-....)

Mots clés

Mots clés libres

Logique adiabatique

Mems

Capacités variables

Micro et nanotechnologie

Micro et nanofabrication

Adiabatic logics

Mems

Variable capacitances

Micro and nanotechnologies

Micro and nanofabrication

Résumé

L'objectif est de proposer des dispositifs à base de MEMS pour permettre le fonctionnement d'une électronique très basse consommation dite « douce et sans contact ». Ce principe récemment introduit combine une transformation graduelle et réversible du codage de l'information et une manipulation de l'information par interaction électrostatique. Il vise à éliminer les pertes statiques et dynamiques des circuits logiques afin d'envisager une dissipation d'énergie nulle lors d'un fonctionnement quasi-statique. L'implémentation physique de ce principe reste un défi pour garantir une dissipation d'énergie ultime et une densité surfacique convenable de portes logiques. Le travail à mener visera à étudier, dimensionner, fabriquer et caractériser des dispositifs répondant à ces critères. En se basant sur des capacités variables micro-fabriquées sur silicium, il est attendu de maitriser la dynamique du mouvement du MEMS sur une large dynamique, d'être énergétiquement réversible et de garantir une faible conductance entre les électrodes. L'assemblage de dispositifs élémentaires sera étudié pour permettre d'offrir les briques de base nécessaires à la future construction d'un circuit complet. Les applications envisagées sont celles où la contrainte énergétique prévaut sur la vitesse d'exécution du calcul (« capteur oublié » par exemple).

The objective of the thesis is to propose a MEMS-based device which would allow the operation of very-low-power electronics known as “soft and contactless”. This recently introduced principle combines a gradual and reversible transformation of information coding and information manipulation by electrostatic interaction. This principle aims at eliminating static and dynamic losses of logic circuits in order to consider zero-energy dissipation during quasi-static operation. In order to guarantee an ultimate energy dissipation and a suitable surface density of logic gates, the physical implementation of this principle still remains a challenge. The work to be carried out will aim to study, scale, fabricate and characterize devices that meet the abovementioned criteria. Based on variable capacitances micro-fabricated on silicon, it is expected to control the dynamics of MEMS movement over a wide dynamic range, to be energetically reversible and to guarantee low conductance between the electrodes. The assembly of elementary devices will be studied in order to provide the basic blocks that are necessary for the future assembly of a complete circuit. The envisaged applications are those where the energy constraint prevails on the speed of execution of computation (“forgotten sensor” for example).