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THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Micro et nano électronique
Arrêté ministériel : 7 août 2006



Présentée par
« Walid LAFI »


Thèse dirigée par « Ahmed JERRAYA » et
codirigée par « Didier LATTARD »

préparée au sein du Laboratoire CEA-LETI
dans l'École Doctorale Electronique, Electrotechnique,
Automatique et Traitement du Signal

Architectures multiprocesseurs
pour applications de
télécommunication basées sur les
technologies d'intégration 3D



Thèse soutenue publiquement le « 11 Juillet 2011 »,
devant le jury composé de :
Mme Lorena ANGHEL
Professeur à l’IP Grenoble, Présidente du jury
M. Ian O'CONNOR
Professeur à l’Ecole centrale Lyon, Rapporteur
M. Lionel TORRES
Professeur à l’Université de Montpellier 2, Rapporteur
M. Olivier SENTIEYS
Professeur à l’Université de Rennes 1, Membre
M. Ahmed JERRAYA
Directeur de recherche au CEA-LETI, Membre
M. Didier LATTARD
Ingénieur de recherche au CEA-LETI, Membre


tel-00623415, version 1 - 14 Sep 2011
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.
.
.
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.
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.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
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.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
4.3
.
.
.
.
.
.
.
.
iii
.
Abstract
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
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.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
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.
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.
.
.
.
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.
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.
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.
.
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.
.
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.
.
.
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.
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.
.
.
.
71
.
2.1
1.2
3D
.
mesh
.
No
.
C
.
.
.
.
.
.
1.3
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
A
.
circuit
.
applications
.
.
.
.
.
.
.
.
.
cessing
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
98
.
con
.
.
71
.
2.2
.
3D
101
NoC-Bus
w
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3D
.
NoC
.
.
.
.
.
.
.
.
.
105
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2.6
.
the
.
meet
.
ts
.
105
.
and
.
rol
.
.
72
.
2.3
.
DimDe
.
router
e
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5
.
wnlink
.
4x2
.
de
.
.
.
.
.
.
.
erformance
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
P
.
consumption
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
72
Cost
2.4
.
MIRA
.
router
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Conclusion
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
and
.
es
.
125
.
CONTENTS
.
.
.
.
.
.
.
6
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
73
.
2.5
.
Other
.
3D
.
NoC
.
arc
.
hi
.
t
.
ectures
.
.
.
.
.
.
.
.
4
.
recongurable
.
stac
.
able
.
t
.
4G
.
applications
.
1
.
tation
.
4G
.
algorithms
.
requiremen
.
.
.
.
.
94
.
OFDM
73
dulation
3
.
Arc
.
hitecture
.
of
.
the
.
async
.
hronous
.
hierarc
.
hical
.
3D
.
NoC
.
.
94
.
Channel
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
7
.
4
.
3.1
.
Arc
.
hitecture
.
of
95
the
MIMO
3D
ding
NoC
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2
.
stac
.
able
.
for
.
TE
.
.
.
.
74
.
3.2
.
Design
.
of
.
t
.
he
.
async
98
hr
Pro
o
units
nous
.
router
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2.2
.
semi-distributed
.
trol
.
.
.
.
78
.
4
.
Area
.
and
.
p
.
o
2.3
w
net
er
ork
ev
terface
aluatio
.
n
.
of
.
the
.
hierarc
.
hical
.
3D
.
router
.
.
.
.
.
.
.
.
2.4
.
async
.
mesh
.
.
.
.
82
.
5
.
P
.
erformance
.
of
.
th
.
e
.
hierarc
.
hi
2.5
c
results
a
.
l
.
3D
.
NoC
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
105
.
A
.
of
.
basic
.
to
.
L
.
requiremen
83
.
5.1
.
Sim
3
ulation
programming
platform
platform
.
t
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
107
.
T
.
c
.
considerations
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
83
.
5.2
109
Throughput
Case
.
do
.
part
.
the
.
L
.
mo
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
110
.
P
.
results
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5.2
.
o
86
er
5.3
results
Latency
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
6
.
anal
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
7
.
.
.
.
88
.
5.4
.
Result
.
analysis
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Conclusions
.
p
.
ectiv
.
121
.
y
.
vi
.
.
CONTENTS
tel-00623415, version 1 - 14 Sep 2011.
fo
The
of
.
Figures
49
1
.
General
.
PhD
.
framew
SRAM
ork
hitecture
.
2D
.
.
.
(b)
.
.
.
.
.
units
.
.
.
top
.
.
.
hnology
.
.
.
.
.
dieren
.
la
.
sc
.
.
.
.
.
.
.
roadmap
.
.
.
s:
.
.
.
.
.
(a)
.
(c)
25
DRAM
1.1
cessor-cac
Ev
2.4
olution
tional
of
.
micropro
.
cessor
.
complexit
3D
y
.
.
.
.
y
.
r
.
heme
.
of
.
In
.
Dieren
.
.
.
A
.
.
.
.
.
.
.
42
.
.
.
.
.
.
30
artitioning
1.2
c
Example
erators
of
.
a
.
System-on-Chip
.
.
stac
.
(b)
.
e
.
DRAM
.
(d)
.
the
.
stac
.
.
.
.
.
m
.
a
.
in
.
.
.
.
.
stac
.
.
.
.
.
Unit
.
W2W,
.
dieren
.
.
.
.
31
.
1.3
Unit
Example
b
of
e
a
2.8
system-in-pac
um
k
th
age
62
.
n
.
using
.
.
.
s:
.
.
.
ologies
.
.
.
.
.
.
.
k
.
.
.
.
.
.
.
vii
.
.
.
.
.
.
.
3D
.
.
.
.
.
.
32
.
1.4
.
Con
.
v
2.1
ergence
ulariti
of
macroscopic
the
(b)
More
basic
M
.
o
.
ore
.
and
.
the
.
More
.
than
.
Mo
2.2
ore
sc
trends
2D
.
king
.
o
32
initial
1.5
king
An
he
example
the
of
king
a
top
3D
2D
system
The
.
ed
.
system
.
.
.
.
.
.
.
er:
.
cessor
.
onnected
.
v
.
using
.
te
.
.
.
.
.
.
.
50
.
v
.
approac
.
.
.
.
.
.
.
.
.
55
.
for
33
and
1.6
and
Increase
ersions
in
die
the
.
c
.
ost
.
of
.
a
.
set
.
of
61
masks
fo
a
n
c
of
cording
using
to
sc
tec
.
hnological
cost
no
t
des
ers
34
ers
1.7
D2W
A
.
3D
Unit
SoC
dieren
designed
b
with
y
heterogeneous
e
in
.
tegration
62
and
connect
same-die
direct
stac
(c)
king
68
approac
NoC
hes
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
69
.
deadlo
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
71
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1.16
.
applications
.
.
.
.
.
.
35
.
1.8
.
In
.
ter
.
connects'
.
length
.
shortening
.
in
.
3D
.
ICs
44
.
P
.
gran
.
e
.
(a)
.
blo
.
ks
.
functional
.
(c)
.
op
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
35
.
1.9
.
Three
.
w
.
a
.
ys
.
to
.
assem
.
ble
48
the
Memory
circuits
king
v
hemes:
ertically
original
.
circuit,
.
stac
.
more
.
ab
.
v
.
the
.
circuit,
.
stac
.
L2
.
cac
.
on
.
of
.
CPU,
37
stac
1.10
more
F2F
on
and
of
F2B
initial
approac
circuit
hes
2.3
in
3D
3D
k
stac
pro
king
he-memory
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
50
.
PicoServ
.
a
.
ulti-pro
.
arc
.
c
.
to
.
con
.
en-
.
DRAM
37
3D
1.11
tegration
Dieren
c
t
.
TSV
.
sizes
.
and
.
form
.
factors
.
.
.
.
2.5
.
in
.
estigated
.
king
.
hes
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2.6
.
cost
.
a
38
circuit
1.12
its
Die
D2W
b
IbS
onding
v
using
for
the
t
copp
areas
er
.
pillar
.
tec
.
hnique
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2.7
.
cost
.
r
.
t
39
um
1.13
ers
Yield
la
according
ers
to
th
area
W2W
.
heme
.
.
.
62
.
Unit
.
fo
.
dieren
.
n
.
b
.
of
.
y
.
using
.
e
.
sc
.
.
.
.
.
2.9
.
cost
.
r
.
t
.
um
.
ers
.
la
.
ers
.
th
.
IbS
40
heme
1.14
.
Yield
.
according
3.1
to
ter
area
structure
.
(a)
.
connections,
.
bus,
.
NoC
.
.
.
3.2
.
t
.
top
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3.3
.
static
.
c
.
.
41
.
1.15
.
TSV
.
area
.
vs
.
transistor
.
area
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
List
tel-00623415, version 1 - 14 Sep 2011ulation
.
.
OF
.
FIGURES
.
3.4
.
3D
.
mesh
.
NoC
.
arc
.
hi
.
te
.
cture
.
.
pro
.
b
.
nce
.
.
.
c
.
king
.
of
.
.
.
.
.
unit
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
and
.
TE
.
.
.
112
.
for
.
.
.
10
72
.
3.5
3D
3D
.
NoC-bus
.
router
4.6
.
.
.
basic
.
.
.
4.8
.
.
.
.
.
.
.
net
.
.
.
4.11
.
.
.
.
.
.
.
NI
.
the
.
.
.
mo
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
112
.
.
.
of
.
T
.
1
.
.
73
.
3.6
for
DimDe
.
router
.
.
approac
.
Cost-eectiv
.
.
.
.
.
4.5
.
.
.
.
.
.
.
of
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
con
.
.
.
.
.
4.9
.
.
.
.
.
.
.
.
.
terface
.
.
.
.
.
.
.
and
.
.
.
4.12
73
.
3.7
.
MIRA
.
router
4.13
.
units
.
.
.
108
.
de
.
.
.
.
.
108
.
TSV
.
al.
.
109
.
of
.
.
.
.
.
of
.
our
.
111
.
GALI
.
.
.
.
.
view
.
.
.
.
.
w
.
er
.
.
.
the
.
duction
.
.
.
.
.
.
.
.
74
117
3.8
the
Conceptual
duction
view
.
of
.
the
.
3D
.
hierarc
117
hical
case
router
dies
.
in
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
hitec
.
Mephisto
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
75
hitec
3.9
OFDM
Arc
.
hitec
.
ture
.
of
.
the
.
3D
4.7
hierarc
.
hical
.
NoC
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
MIPS-based
.
o
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
of
.
.
.
.
.
.
76
.
3.10
.
Arc
.
hitecture
.
of
4.10
the
ork
3D
o
hierarc
.
hical
.
router
.
.
.
.
.
.
.
.
comm
.
con
.
.
.
.
.
.
.
c
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
77
.
3.11
of
Send/A
i
ccept
t
proto
.
col
.
.
.
.
Example
.
trol
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Ph
.
of
.
prop
.
Cadix
.
.
.
.
.
Driv
.
er
.
TSV
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4.17
.
3GPP
.
n
.
platform
77
.
3.12
2D
NoC
hitecture
pac
.
k
.
et
.
format
.
.
.
.
An
.
the
.
.
.
.
.
.
.
.
.
P
.
consumption
.
up-la
.
pro
.
.
.
114
.
cost
.
digital
.
total
.
olume
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
T
.
st
77
digital
3.13
total
Sync
olume
hronous
.
circuit
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Cost-eectiv
.
in
.
3D
.
dieren
.
118
.
approac
.
case
.
stac
.
.
.
.
.
118
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
99
.
Arc
.
ture
.
the
79
DSP
3.14
.
A
.
bundled-data
.
c
.
hannel
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
100
.
Arc
.
ture
.
the
.
core
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
101
.
The
.
circuit
.
.
.
.
.
.
79
.
3.15
.
The
.
4-phase
.
and
.
2-phase
.
bu
.
ndl
.
e
.
d-data
.
proto
.
cols
101
.
The
.
global
.
tr
.
l
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
80
.
3.16
.
The
102
dela
Diagram
y-insensitiv
tasks
e
.
4-phase
.
dual-rail
.
proto
.
c
.
ol
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
103
.
The
.
w
.
in
80
bl
3.17
cs
Micro-arc
.
hitecture
.
of
.
the
.
input
.
p
.
ort
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
104
.
The
.
unication
.
conguration
.
troller
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
104
.
TSV
.
haracteristics
.
.
81
.
3.18
.
Micro-arc
.
hitecture
.
of
.
the
.
output
.
p
.
ort
.
.
.
.
.
.
.
.
105
.
Programming
.
the
.
cess
.
ng
.
and
.
he
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4.14
82
of
3.19
con
Throughput
co
v
.
ariation
.
under
.
dieren
.
t
.
syn
.
thetic
.
trac
.
patterns
.
.
.
.
.
.
.
.
4.15
87
ysical
3.20
del
Latency
a
v
as
ariation
osed
under
y
dieren
and
t
[1]
syn
.
thetic
.
trac
.
patterns
4.16
.
er
.
receiv
.
buers
.
a
.
.
.
.
88
.
4.1
.
A
.
functional
.
blo
.
c
.
k
.
diagram
110
of
Mapping
an
the
L
L
TE
applicatio
UE
on
rece
3D
pti
.
on
.
c
.
hai
4.18
n
refere
with
arc
4
MA
receiv
.
e
.
(Rx)
.
an
.
tennas
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4.19
.
abstract
.
of
.
sim
.
platform
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4.20
.
o
.
er
.
prole
.
the
.
y
.
MIPS
.
cessor
.
.
95
.
4.2
.
A
4.21
MIMO-OFDM
otal
system
of
with
3
FIGURES
circuits
OF
a
TX
pro
an
v
tennas
of
and
million
LIST
.
viii
.
RX
.
an
.
tennas
.
96
.
4.3
.
3D
.
recongurable
.
circuit
.
obtained
.
b
.
y
.
stac
.
king
.
m
.
ultiple
.
instances
4.22
of
otal
a
o
same
of
basic
3
circuit
circuits
.
a
.
pro
.
v
.
of
.
million
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4.23
.
e
.
hes
.
the
.
of
98
stac
4.4
of
SME
t
buer
.
functional
4.24
mo
e
del
hes
.
the
.
of
.
same-die
.
king
.
.
.
.
.
.
LIST
N NT R
tel-00623415, version 1 - 14 Sep 2011