Systèmes embarqués fiables et faible consommation à base de Mémoires Magnétiques (MRAM) – MARS

Avec l'avènement prochain de nouvelles technologies mémoires présentant des propriétés combinées inédites (non volatilité, densité, performance, faible consommation, robustesse) certains principes architecturaux en vigueur dans les systèmes embarqués seront à terme remis en question. En effet disposer d’une telle technologie mémoire ouvre des perspectives particulièrement intéressantes dans de nombreux domaines applicatifs. Le projet MARS ambitionne d’explorer l’apport de ce type de technologies, et notamment par l’intégration de la technologie non-volatile MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) en identifiant et quantifiant aux niveaux architecturaux et systèmes les gains notamment en termes de fiabilité, de consommation énergétique et de performances.La technologie MRAM propose à ce jour des performances peu communes pour des mémoires non-volatiles : temps d'accès de l'ordre de quelques nanosecondes, densité quatre fois supérieure à de la mémoire SRAM, robustesse vis à vis des SEUs (Single Event Upset), consommation énergétique, endurance etc … Afin de faciliter la pénétration de cette technologie, Il est nécessaire d’identifier et de quantifier les gains que l’on peut espérer obtenir dans un contexte d'applications embarquées critiques, notamment dans le domaine de l'aéronautique et du spatial. Par exemple, la robustesse de cette technologie vis-à-vis des SEU est sans doute un vecteur important de développement pour cette technologie. Cependant il est clair que les efforts consentis dans le cadre de ce projet pourront s'adapter à des domaines applicatifs plus larges.
Nos efforts vont se porter sur l’adéquation de cette technologie avec les architectures à base de processeurs embarqués en s’intéressant plus particulièrement à deux aspects architecturaux : le cœur du processeur et la hiérarchie mémoire associée. En ce qui concerne le cœur de processeur il est certain que des solutions innovantes émergeront des avancées technologiques des MRAM, que cela soit au niveau architectural ou encore au niveau logique tout en optimisant le triptyque Fiabilité/Energie/Performance. Pour la hiérarchie mémoire qui s’étend des registres jusqu'à la mémoire de stockage en passant par la mémoire cache, la non-volatilité et les qualités intrinsèques des MRAM vont permettre de remettre à plat les paradigmes actuels de l’accès à la mémorisation au sein d’un processeur ou d’un système d’une manière générale. L'un des verrous clairement identifié à ce jour est l'intégration des éléments de mémorisation au sein d'un système, en effet plus de 80% des systèmes futurs seront composés de mémoires et participeront grandement aux performances, à l'autonomie et à la fiabilité des applications. Il est donc nécessaire d'apporter une réflexion globale au niveau système sur l'adéquation mémoire-calcul qui sera stratégique pour les futurs systèmes.
Nous identifierons des situations d'utilisation pertinentes pour les applications envisagées puis nous proposerons une méthodologie d'évaluation permettant de quantifier l'impact des différentes stratégies afin de proposer notamment une nouvelle hiérarchie mémoire des processeurs tirant avantages des qualités intrinsèques de la technologie MRAM. Cette méthodologie basée sur la simulation et l'émulation sera ensuite appliquée pour comparer l'efficacité des différentes stratégies considérées. Elle permettra aux communautés industrielles et académiques d'identifier les situations où les avantages apportés par l'intégration de la technologie MRAM seront suffisamment décisifs pour qu'elle constitue une valeur ajoutée incontestable.

Note : La faisabilité de l'intégration de la technologie de type MRAM dans des circuits intégrés a été démontrée dans de précédents projets (ANR SPIN, ANR CILOMAG, ANR EMYR) par la réalisation de circuits expérimentaux et de prototypes silicium hybrides CMOS/magnétiques.