N.S.I. WorkSpace T-Th-C,Terminale C.1 – Les SoC : architecture, avantages et inconvénients

C.1 – Les SoC : architecture, avantages et inconvénients

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Des premiers calculateurs comme l’ENIAC au smartphone d’aujourd’hui, il s’agit de mesurer l’impact de l’intégration des circuits électroniques sur lesquels repose le fonctionnement de ces ‘machines’.

Objectifs
☑ Connaissances visées
□ Signification des acronymes : CPU, GPU, ROM, RAM, SoC
□ Les composants intégrés d’un système sur puce
☑ Compétences à développer
□ identifier les principaux composants sur un schéma de circuit
□ identifier les avantages de leur intégration

S’informer

1 – Qu’est-ce qu’un transistor ?

  • définition, propriété,
  • date d’invention, inventeur.
  • Quelle(s) sorte(s) de composants a-t-il remplacé ?
  • Quels avantages par rapport à ces autres composants ?

Lectures : https://www.cnrtl.fr | https://fr.wikipedia.org/ | https://fr.wikipedia.org

2 – Qu’est-ce qu’un circuit intégré ? Et un circuit intégré numérique ?

  • définition, propriété,
  • date d’invention, inventeur,
  • Quelle(s) sorte(s) de composants sont ‘intégrés’ ?

Lectures : https://pcbassemblyfrance.com | https://fr.wikipedia.org/

3 – Qu’est-ce qu’un CPU par rapport à un circuit intégré ?

  • Quel composant et en quelle quantité est à la base d’un CPU ?
  • Qu’appelle-t-on la ‘loi de Moore’ ?

Lectures : https://fr.wikipedia.org |

Ressource
AnnéeNomNombre de
transistors
Finesse de
gravure ( nm )
Nombre de
cœurs
Fréquence de l’horlogeLargeur des
données
MIPS
1971Intel 40042 30010 0001740 kHz4 bits/4 bits bus0,06
1974Intel 80806 0006 00012 MHz8 bits/8 bits bus0,64
1979Intel 808829 0003 00015 MHz16 bits/8 bits bus0,33
1982Intel 80286134 0001 50016 à 16 MHz (20 MHz chez AMD)16 bits/16 bits bus1
1985Intel 80386275 0001 500116 à 40 MHz32 bits/32 bits bus5
1989Intel 804861 200 0001 000 à 800116 à 100 MHz32 bits/32 bits bus20
1993Pentium ( Intel P5 )3 100 000800 à 250160 à 233 MHz32 bits/64 bits bus100
1997Pentium II7 500 000350 à 2501233 à 450 MHz32 bits/64 bits bus300
1999Pentium III9 500 000250 à 1301450 à 1 400 MHz32 bits/64 bits bus510
2000Pentium 442 000 000180 à 6511,3 à 3,8 GHz32 bits/64 bits bus1 700
2004Pentium 4 D (Prescott)125 000 00090 à 6512,66 à 3,6 GHz32 bits/64 bits bus9 000
2006Core 2 Duo (Conroe)291 000 0006522,4 GHz (E6600)64 bits/64 bits bus22 000
2007Core 2 Quad (Kentsfield)2 x 291 000 0006543 GHz (Q6850)64 bits/64 bits bus2*22 000 (?)
2008Core 2 Duo (Wolfdale)410 000 0004523,33 GHz (E8600)64 bits/64 bits bus~24 200
2008Core 2 Quad (Yorkfield)2 x 410 000 0004543,2 GHz (QX9770)64 bits/64 bits bus~2*24 200
2008Intel Core i7 (Bloomfield)731 000 0004543,33 GHz (Core i7 975X)64 bits/64 bits bus82 300
2009Intel Core i5/i7 (Lynnfield)774 000 0004543,06 GHz (I7 880)64 bits/64 bits bus76 383
2010Intel Core i7 (Gulftown)1 170 000 0003263,47 GHz (Core i7 990X)64 bits/64 bits bus147 600
2011Intel Core i3/i5/i7 (Sandy Bridge)1 160 000 0003243,5 GHz (Core i7 2700K)64 bits/64 bits bus393 216
2011Intel Core i7/Xeon (Sandy Bridge-E)2 270 000 000324 à 63,5 GHz (Core i7 3970X)64 bits/64 bits bus1 ou 2M
2012Intel Core i3/i5/i7 (Ivy Bridge)1 400 000 000224 à 63,5 GHz (Core i7 3770K)64 bits/64 bits bus
2013Intel Core i3/i5/i7 (Haswell)1 400 000 000224 à 63,8 GHz (Core i7 4770K)64 bits/64 bits bus
2014Intel Core i3/i5/i7 (Broadwell)1 400 000 000144 à 103,8 GHz (Core i7 5775R)64 bits/64 bits bus
2015Intel Core i3/i5/i7 (Skylake)1 750 000 000144 à 84 GHz (Core i7 6700K)64 bits/64 bits bus
2016Intel Core i3/i5/i7 (Kabylake)?1444,2 GHz (Core i7 7700K)64 bits/64 bits bus
2017Intel Core i3/i5/i7 (Coffee Lake)?1465,0 GHz (Core i7 8086K)64 bits/64 bits bus
2019Intel Core i3/i5/i7 (Coffee Lake)?1485,0 GHz (Core i7 9900KS)64 bits/64 bits bus
2019Intel Core i3/i5/i7/i9 (Ice Lake)?1044,1 GHz (Core i7-1068NG7)64 bits/64 bits bus
2019Intel Core i3/i5/i7/i9 (Tiger Lake)?1045,0 GHz (Core i7-11375H)64 bits/64 bits bus
2020Intel Core i3/i5/i7/i9 (Comet Lake)?1485,3 GHz (Core i9-10900K)64 bits/64 bits bus
2021Intel Core i3/i5/i7/i9 (Rocket Lake)?1485,3 GHz (Core i9-11900K)64 bits/64 bits bus
2021Intel Core i3/i5/i7/i9 (Alder Lake)?10165,3 GHz (Core i9-12900K)64 bits/64 bits bus
2023Intel Core i3/i5/i7/i9 (Meteor Lake)?7
2024??2
2025??1,8
Année : l’année de commercialisation du microprocesseur.
Nom : le nom du microprocesseur.
Nombre de transistors : le nombre de transistors contenus dans le microprocesseur.
Finesse de gravure (nm) : la largeur minimale possible (en nanomètres) du canal des transistors, elle sert indirectement d’unité de base (lambda) dans le dimensionnement des autres structure du circuit. En comparaison, l’épaisseur d’un cheveu humain est de 100 µm = 100 000 nm. Le diamètre d’un atome de silicium est de l’ordre de 100 pm = 0,1 nm. En 2014, à des finesses de gravure de l’ordre de 10 nm (pour la mémoire), on se retrouve avec certaines structures (comme la couche d’isolation de la grille des transistors) ayant une épaisseur de moins de 4 nm, ce qui fait quelques dizaines d’atomes de silicium. En augmentant la finesse de gravure, on se rapproche des limites en deçà desquelles le comportement électrique des matériaux relève de moins en moins de la physique classique, mais de plus en plus de la mécanique quantique (les électrons traversant la grille des transistors par effet tunnel).
Fréquence de l’horloge : la fréquence du signal d’horloge interne qui cadence le microprocesseur. MHz = million(s) de cycles par seconde. GHz = milliard(s) de cycles par seconde.
Largeur des données : le premier nombre indique le nombre de bits sur lequel une opération est faite. Le second nombre indique le nombre de bits transférés à la fois entre la mémoire et le microprocesseur.
MIPS : le nombre de millions d’instructions, sur des entiers, effectuées par le microprocesseur en une seconde.
Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Microprocesseur

4 – Qu’est-ce qu’un circuit imprimé ?

  • définition, caractéristiques
  • Qu’est-ce qu’une ‘carte mère’ (‘Mother board’) ?
    Quels sont les principaux composants qui y sont ‘implantés’ ?

Lectures : https://fr.wikipedia.org | https://fr.wikipedia.org

Ressources : photographie d’une carte mère à télécharger, imprimer. Puis compléter la légende à l’aide des informations de cette ressource : http://j12345.users1.50megs.com