Direction scientifique
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Nos Thèses par thème

Conception d'un circuit dédié au calcul dans la mémoire à base de technologie 3D innovante

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Intégration Silicium des Architectures Numériques

Master conception de circuit

01-10-2019

SL-DRT-19-0844

bastien.giraud@cea.fr

Pour répondre à différents enjeux scientifiques et sociétaux, les circuits intégrés de demain doivent gagner en efficacité énergétique. Or, la majorité de leur énergie est aujourd'hui consommée par les transferts de données entre les blocs mémoire et logique dans des architectures circuit de type Von-Neumann. Une solution émergente et disruptive à ce problème consiste à rendre possible des calculs directement dans la mémoire (« In-Memory Computing »). Les nouvelles technologies de mémoires résistives non-volatiles et de transistors à nanofils de silicium développées au LETI et intégrées en 3D permettraient de proposer pour la première fois une solution technologique performante et viable à un calcul intensif dans la mémoire. Le LETI s'est vu attribué une bourse de recherche prestigieuse de l'European Research Council (ERC). Ce projet sera transverse: de l'application à l'implémentation technologique, en passant par le logiciel et le circuit. Le but est de créer des nano-fonctionnalités en mixant à très faible échelle des dispositifs logiques et mémoires à très grande densité et très grosses capacités. Un accélérateur circuit de In-Memory-Computing sera conçu et fabriqué au LETI, permettant d'améliorer les performances énergétique d'un facteur 20 par rapport à un circuit Von-Neumann de l'état de l'art. Cette technologie qui apporte de l'intelligence dans la mémoire devrait non seulement révolutionner les applications telles que l'Intelligence Artificielle, l'apprentissage machine, l'analyse de données mais pourrait aussi constituer le c?ur des futurs circuits intégrés de demain, visant la basse consommation ou la forte efficacité énergétique. La thèse proposée s'inscrit dans ce projet et vise à concevoir et caractériser un CUBE logique/mémoire dédié au "In-Memory-Computing", ainsi que de comparer ses performances avec des circuits Von Neumann à l'état de l'art.

Approche bio-inspirée pour une enveloppe du bâtiment productrice d'énergie aux fonctionnalités évolutives

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Composants d'Enveloppe du Bâtiment

Physique du bâtiment, biologie végétale, mécanique

01-10-2019

SL-DRT-19-0851

ya-brigitte.assoa@cea.fr

Pour obtenir des bâtiments à énergie positive (Nearly Zero-Energy Buildings ou NZEB), l'enveloppe du bâtiment doit, de plus en plus, être perçue comme une barrière adaptative devant être suffisamment flexible pour réduire ou capter les effets de l'environnement et du climat suivant la qualité des ambiances intérieures (thermique, visuel et acoustique). Suivant une approche bio-inspirée disruptive, cette thèse a pour objectif le développement de solutions techniques adaptatives innovantes limitant le recours à des actionneurs mécaniques principales causes de défaillances des systèmes actifs (tracking solaire) et permettant une meilleure gestion des fonctions énergétiques de base de l'enveloppe (étanchéité à l'air, transfert thermique, ventilation et confort intérieur) selon les stimuli extérieurs. Le travail de thèse consistera à valoriser le potentiel énergétique environnant (captation, collecte et stockage d'énergie) à travers des études numériques et expérimentales basées sur l'analyse des mécanismes physiques mis en ?uvre par les végétaux pour utiliser au mieux les conditions climatiques (circulation naturelle de la sève, tournesol, feuilles) combinés au développement de matériaux composites actifs (matériaux intelligents et assemblage de matériaux à propriétés thermiques et optiques différentielles). Les solutions définies conduiront au développement de deux prototypes en vue de la validation expérimentale du concept et de la concrétisation d'une configuration prédéfinie.

Compréhension des phénomènes de transport des espèces chimiques dans un procédé de post-fonctionnalisation de matériaux industriels par imprégnation sous CO2 supercritique

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des Eco-procédés et EnVironnement

mécanique, énergétique, génie des procédés, gènie civil

01-10-2019

SL-DRT-19-0854

olivier.lebaigue@cea.fr

Problème technique et contexte : Conférer à façon des propriétés de polymères qui ne peuvent être obtenues a priori Objectif : procédé « green » de post-fonctionnalisation = typiquement par imprégnation - Le principe consiste à utiliser le scCO2 comme vecteur d'espèces chimiques au sein d'un matériau afin de l'en imprégner et d'y réaliser les réactions chimiques nécessaires pour obtenir la fonctionnalité recherchée. - Exemple de propriétés : hydrophobicité, renfort thermique, renfort mécanique, conduction électrique, coloration, tenue aux UV, ? Approche : expérimentations et modélisation multi-échelles des phénomènes de transport jusqu'au c?ur d'un matériau d'espèces chimiques solubilisées dans le scCO2. - Développement de mesures quantitatives (e.g., concentration dans le fluide par spectroscopie Raman, diffusivité dans le polymère gonflé par RMN, ?) - Mécanismes de solubilisation de molécules par le scCO2 (rôle d'un éventuel co-solvent) - Fluidique du scCO2 dans un réacteur, transport des molécules, diffusivité d'espèces en fluide supercritique - Interaction du scCO2 "chargé" avec l'interface du matériau à traiter (fermeture/ouverture du réseau de surface?) - Diffusion du scCO2 "chargé" au sein du matériau (adsorption, réaction, diffusion non-fickienne ?) Plan de travail : 1. Étude de la solubilité et de la diffusion au sein du fluide scCO2 des espèces chimiques nécessaires pour obtenir les fonctionnalités recherchées. 2. Étude du gonflement sous scCO2 de deux matrices polymères sélectionnées pour les applications industrielles ultérieures. 3. Étude de la diffusion dans le solide des solutés modèles. 4. Analyse des interactions physico-chimiques et chimiques entre solutés et matrices polymères.

Films diamant épitaxiés de haute qualité cristalline pour applications en électronique de puissance

DM2I (LIST)

Laboratoire Capteurs Diamants

M2 Physique du solide ? Matériaux (Écoles d'Ingénieur, Université)

01-10-2019

SL-DRT-19-0856

samuel.saada@cea.fr

Le diamant possède une conductivité thermique hors norme associée à des propriétés électroniques exceptionnelles qui en font un matériau ultime pour l'électronique de puissance. Cependant, ces propriétés sont très dépendantes de la qualité cristalline du matériau. Le diamant épitaxié sur un hétérosubstrat d'iridium est aujourd'hui un matériau très attractif puisqu'il permet d'envisager la réalisation de wafers de diamant de haute qualité cristalline. Une telle filière de wafers n'existe pas aujourd'hui. La qualité cristalline de ce matériau connaît des améliorations progressives. Une densité de dislocations voisine de 10^7 / cm2, pour un film de 60 µm d'épaisseur, a été très récemment obtenue par une équipe japonaise en mettant en ?uvre une stratégie de croissance latérale [1]. Le CEA LIST réalise l'hétéroépitaxie du diamant sur des pseudo-substrats de Ir/SrTiO3/Si(001) en mettant en ?uvre une méthode de nucléation assistée par polarisation dans un bâti de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) assisté par plasma connecté à un ensemble UHV d'analyse de surface. La qualité des films de 300 microns obtenus est à l'état de l'art avec une mosaïcité de 0.6° et une désorientation dans le plan de 0.7° [2, 3]. Des mesures locales en cathodoluminescence ont permis d'estimer la densité de dislocations à 4 × 10^6 / cm2. Ces films sont homogènes sur des surfaces de 1 cm2. L'objectif principal de cette thèse est de mieux contrôler et de réduire la densité de défauts structuraux formés dans les films hétéroépitaxiés sur ces pseudo-substrats de 1 cm2 en appliquant une stratégie de croissance innovante récemment brevetée par le laboratoire [4]. Il s'agira de déterminer les paramètres expérimentaux mis en jeu et de caractériser finement la qualité cristalline et les défauts structuraux générés dans les films en fonction de leur épaisseur par des mesures en diffraction des rayons X, spectroscopie Raman et cathodoluminescence. Les meilleurs films hétéroépitaxiés seront alors utilisés comme substrats pour réaliser des films de diamant dopés au bore (dopage de type p). Les caractéristiques électriques de ces films épitaxiés seront mesurées en collaboration avec le laboratoire GEEPS (Paris-Saclay). [1] Ichikawa et al, High crystalline quality heteroepitaxial diamond using grid-patterned nucleation and growth on Ir, Diam. Relat. Mater. (2019) doi.org/10.1016/j.diamond.2019.01.027 [2] Lee et al, Epitaxy of iridium on SrTiO3/Si (001): A promising scalable substrate for diamond heteroepitaxy, Diam. Relat. Mater. 66 (2016) 67. [3] Bensalah et al, Mosaicity, dislocations and strain in heteroepitaxial diamond grown on iridium, Diam. Relat. Mater. 66 (2016) 188. [4] Brevet déposé en décembre 2018, Delchevalrie, Arnault, Saada (2018).

Test de robustesse des systèmes embarqués par perturbation contrôlée en simulation à partir de plateformes virtuelles

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire pour la Sûreté du Logiciel

Informatique, micro-électronique, systèmes embarqués

01-10-2019

SL-DRT-19-0857

yves.lhuillier@cea.fr

Le développement des systèmes embarqués est soumis aux conséquences d'une intégration de plus en plus avancée. Ces conséquences se manifestent par des architectures de plus en plus complexes (multi-c?urs...), mais également de plus en plus sensibles (aux fautes). Ces systèmes, difficilement testables (System On Chip), présentent en outre potentiellement des vulnérabilités de sécurité. Tous ces impacts liés à l'intégration doivent par conséquent être pris en compte dans un contexte strict d'exigences de fiabilité et de sécurité des systèmes d'information (SSI). Les méthodes de développement classiques montrent leurs limites vis-à-vis de ces nouvelles architectures induisant des risques non négligeables quant à la fiabilité du système final. Dans la quasi-totalité des cas, le logiciel est développé sous hypothèse d'un matériel stable et sûr, ceci étant généralement assuré par des mécanismes de redondances de plus en plus coûteux. Pour réduire ces risques, l'utilisation de plateformes virtuelles permet la mise au point de logiciels moins sensibles aux fautes éventuelles. L'objectif de la thèse est d'étudier la testabilité des systèmes embarqués par une approche fondée sur l'injection de fautes par simulation, via des plateformes virtuelles. L'utilisation de la simulation permet d'exécuter un programme et de perturber de manière précise certaines données. L'analyse des divergences avec une exécution parfaite, permet de vérifier le niveau de criticité de chacune des opérations réalisées par un exécutable et d'adapter le développement en conséquence.

Etude et optimisation de la production combinée de chaleur et de froid pour réseaux thermiques

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire Systèmes Solaires Haute Température

Niveau Master 2 mathématiques, analyse numérique

01-10-2019

SL-DRT-19-0877

nicolas.lamaison@cea.fr

La demande en froid ne cesse d'augmenter (+80% prévu sur les 10 prochaines années en Europe dans le domaine résidentiel). La demande en chaud représente quant à elle une part significative de la consommation totale d'énergie (en France, environ 40%). Par ailleurs, le système électrique est mis en tension par l'introduction de sources renouvelables intermittentes. Enfin, le stockage de l'énergie est généralement plus efficace sous forme thermique qu'électrique. Des synergies intelligentes sont donc à rechercher entre ces deux vecteurs. Cette thèse vise à étudier les moyens de production combinés de chaud et de froid pour réseaux thermiques dans un cadre de co-optimisation thermique-électrique. Dans une première partie nous nous intéresserons aux différentes technologies de production et conversion disponibles entre les vecteurs thermiques (chaud et froid) et électrique tels que les thermo frigo-pompe, machine à absorption, résistance électrique, etc? et aux technologies de stockage thermique compatibles avec cette application. Nous chercherons à définir les avantages et inconvénients de chaque système en fonction du domaine d'application. Le système présentant le plus de potentiel applicatif fera ensuite l'objet d'une étude plus approfondie. Nous chercherons en particulier à développer une méthodologie de dimensionnement, basée sur des méthodes de type MILP (Mixed Integer Linear Programming), de manière à tenir compte du caractère potentiellement conflictuel des différents objectifs de production. Pour ce faire, une méthode mathématique systématique, tenant compte des incertitudes, sera développée. Enfin, nous étudierons ce système sur le plan opérationnel à la fois expérimentalement et numériquement, notamment afin de mesurer son niveau de performance réel.

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