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Smarties Équipe SmartIES: Smart Integrated Electronic Systems

Philippe MAURINE
Responsable

Équipe SMARTIES

Smart Integrated Electronic Systems

L’équipe SmartIES est une équipe d’une trentaine de chercheurs dont les activités sont centrées sur les méthodes de conception et la modélisation de dispositifs, systèmes et circuits intégrés conçus en technologie CMOS, à l’aide de technologies émergentes (CNT, CNTFET, MRAM, …), selon des approches de conception alternatives (3D, adiabatique, etc.).

L’ensemble de ces travaux visent à développer des systèmes et circuits intégrés offrant de hautes performances et une consommation d’énergie réduite, mais également des circuits adaptatifs à leur état de fonctionnement et à l’environnement de sorte à garantir la fonctionnalité, la sureté et la sécurité des informations traitées ou bien satisfaire des contraintes applicatives spécifiques.

Dans cette démarche SmartIES se caractérise par sa volonté de conduire les approches théoriques jusqu’à des démonstrateurs expérimentaux ou des bancs de mesure. Au cours des cinq dernières années, on peut noter de nombreux travaux ayant contribué à des réalisations matérielles (ASIC, plateformes expérimentales dédiées, prototypes matériels et/ou logiciels) et conduit à des transferts technologiques.

Permanents
Nadine Azémard-Crestani, Chargé de recherche, CNRS
Jean-Marc Galliere, Maître de conférences, UM
Frédérick Mailly, Maître de conférences, UM
Caroline Lebrun, Assistant ingénieur, CNRS
Vincent Kerzerho, Chargé de recherche, CNRS
Aida Todri-Sanial, Directeur de recherche, CNRS
Serge Bernard, Directeur de recherche, CNRS
Guy Cathebras, Professeur des universités, UM
Fabien Soulier, Maître de conférences, UM
Philippe Maurine, Maître de conférences, UM
Pascal Nouet, Professeur des universités, UM
Laurent Latorre, Professeur des universités, UM
Michel Renovell, Directeur de recherche, CNRS

Doctorants
Louis Dubois, DGA
Siyuan Niu, UM
Geoffrey Chancel, UM
Sarah Belgaid, UM
Pierre Gogendeau, IFREMER
Corentin Delacour, CNRS
Valence Cristiani, CEA
Pierre Groc, UM
Adrien Suau, CERFACS
Thomas Falanga, UM
Julien Toulemont, CNRS
Jonathan Miquel, UM
Gwenaël Chaillou, CNRS
Madeleine Abernot, CNRS
Ibrahim Shankhour, UM
Gauthier Cler, SERMA Group

Autres personnels
Mohan Julien, CDD Chercheur, CNRS
Virgil Taillandier, CDD Ingénieur-Technicien, UM
Fathi Ben Ali, CDD Ingénieur-Technicien, CNRS
Eirini Karachristou, CDD Ingénieur-Technicien, CNRS
Jacques Benoit, CDD Ingénieur-Technicien, CNRS
Kaan Sevin, CDD Ingénieur-Technicien, CNRS
Titouan Etienne, CDD Ingénieur-Technicien, CNRS
Quentin Ponzo, CDD Ingénieur-Technicien, CNRS
Kevin Peressinotti, CDD Ingénieur-Technicien, CNRS
Gabriele Boschetto, CDD Chercheur, CNRS
Stefania Carapezzi, CDD Chercheur, CNRS
Chayma El Amraoui, Doctorant externe, CNRS

Mots clefs : intégration 3D, nanotubes de carbones, ordinateur quantique, logique adiabatique, MRAM, MEMS/NEMS, capteurs, biocapteurs, conception analogique avancée, circuits et systèmes adaptatifs, méthodes de conception statistiques, conception faible puissance.

SmartIES évalue le potentiel de nouveaux matériaux pouvant supplanter avantageusement le silicium pour concevoir les CIs de demain. Les nanotubes de carbone, qui sont des matériaux unidimensionnel (1D), se positionne parmi les solutions prometteuses pouvant permettre la conception de CIs très faible consommation. Parmi les autres alternatives, on trouve des matériaux bi-dimensionnels (graphène, MoS2, etc) ainsi que des empilements verticaux de différents matériaux 2D constituant des hétérostructures de Van Der Waals. Similairement, les mémoires spintroniques sont considérées comme des alternatives faible consommation très sérieuses aux mémoires CMOS standards.
Dans cette quête d’efficacité énergétique, SmartIES explore également les différentes voies d’intrégation 3D (empilement & monolithique (M3D)) qui doivent permettre une conception hétérogène à très forte densité. En outre, d’autres paradigmes de calcul sont explorés (logiques adiabatique, neuromorphique et quantique) ce qui impose de repenser les architectures de systèmes pour l’obtention de systèmes fiables, peu consommant et performants.
Toutefois, concevoir des CIs avec ces technologies émergentes requière en préalable la pose de fondations constituées par des modèles comportementaux réalistes de ces composants, interconnexions et mémoires. Nos activités portent donc sur le développement de modèles électriques thermiques … tant déterministes que statistiques (prise en compte des variations de process) basés sur la physique.

  • Modélisation piloté par la physique et méthodes de simulation des interconnexions conçues avec des matériaux 1D et 2D,
  • Utilisation de composants à effet de champ 1D/2D pour la conception de biocapteurs,
  • Modèle et méthodes de simulation de mémoires MRAM dans un flot de conception hétérogène de circuits intégrés et analyse de leur performance et fiabilité,
  • Modélisation et conception de micro et nano-systèmes électromécaniques (NEMS/MEMS),
  • Méthodologies de conception pour de systemes performant et peu consommant en presence de fortes variations de proceeds de fabrication,
  • Exploration du potential d’intégration des technologies 3D pour la conception de très grands systèmes hétérogènes intégrés,
  • Projection sur technologies hétérogènes (CMOS et émergentes) de nouveaux paradigmes de calcul (logiques adiabatique, neuromorphique et quantique).

Mots clefs: fusion de données, biocapteurs, monitoring de la vie et de l’environnement, Bio impédance, traitement du signal.

SmartIES développe des capteurs ou l’électronique intégrée nécessaire à leur conditionnement pour des applications spécifiques ou génériques. Des systèmes spécifiques ont ainsi été développés pour le conditionnement de microsystèmes, la mesure de signaux bioélectriques (système nerveux périphérique), la mesure de pression intraoculaire (diagnostic ou prévention du glaucome), la spectroscopie de bioimpédance large bande (taux de gras, vitallogenèse chez le poisson) et les biocapteurs à base de CNT-FET (activité enzymatique liée au cancer).
Des interfaces génériques pour capteurs résistifs ou capacitifs sont aussi développées pour un conditionnement et une conversion analogique-numérique du signal. Basées notamment sur des architectures ou des oscillateurs, elles ont pour caractéristiques d’être compactes, robustes, adaptatives, faible consommation et au plus près du capteur.
SmartIES conçoit également des systèmes multi-capteurs communicants. Les applications visées concernent principalement la navigation inertielle et le suivi d’espèces aquatiques (thons, marlins, tortues) tant en termes de géolocalisation que de mesures de paramètres physiologiques.
Enfin, la diminution constante du coût des capteurs permettant de concevoir des systèmes avec une redondance massive, SmartIES développe des algorithmes de fusion de données basés sur des réseaux de neurones, du filtrage complémentaire ou de la pondération dynamique afin d’améliorer la résolution et la robustesse de ces systèmes de mesure.

Mots clefs: attaques par canaux caches, attaques par injection de fautes, rétro–conception physique / fonctionnelle par canal électromagnétiques et thermique, intégrité et authenticité des circuits, traitement du signal, statistiques du signal

  • La conception et la caractérisation de circuits et systèmes sécurisés capables de résister à des agressions (attaques par canaux cachés et par injection de fautes) conduites à des fins de déni de service ou d’extraction de secrets sont des activités de l’équipe SmartIES. Plus particulièrement, nous nous focalisons efforts sur : la mise en évidence de failles de sécurité,
  • la modélisation des émissions et des fuites électromagnétiques des CI et l’impact d’impulsions électromagnétiques sur ces derniers,
  • le développement d’outils (logiciels et plateformes expérimentales) permettant la caractérisation de la robustesse des composants face à ce type de menace,
  • L’amélioration des flots CAO pour la conception de CI sécurisés,
  • la définition de contremesures matérielles,
  • la détection de chevaux de Troie matériels et de contrefaçons.

Ces travaux ont été conduits à travers de projets collaboratifs ou des collaborations directes avec des partenaires industriels, gouvernementaux et académiques. Des transferts technologiques ont été conduits vers certains de ces partenaires qui ont notamment souhaité utilisé nos plateformes d’injection de fautes par médium électromagnétique, sujet dans lequel SmartIES est pionnière.