Semiconductor Engineering a rencontré Larry Pileggi, directeur de Coraluppi et professeur Tanoto de génie électrique et informatique à l'université Carnegie Mellon, et lauréat du prix Phil Kaufman de cette année pour ses contributions pionnières. Ce qui suit sont des extraits de cette conversation.

SE : Quand avez-vous commencé à travailler dans le domaine des semi-conducteurs – et en particulier de l’EDA ?

Pileggi : C'était en 1984, chez Westinghouse Research. Nous fabriquions des ASIC – analogiques et numériques – et avec le numérique, vous aviez des simulateurs logiques. Mais pour l’analogique, il n’y avait aucun moyen de les simuler chez Westinghouse. Ils n'avaient même pas chargé SPICE sur la machine. J'ai donc reçu une copie de SPICE de Berkeley et j'ai chargé cette cassette, et j'ai été le premier à l'utiliser dans le centre de recherche. J'ai vu à quel point c'était limité et j'ai pensé : « Il doit y avoir des choses plus matures que cela. » Pendant que je travaillais là-bas, je suivais un cours avec Andrzej Strojwas à la CMU (Carnegie Mellon University). Il est venu me voir après quelques semaines dans ce cours et m'a dit : « Je pense vraiment que tu devrais revenir à l'école pour un doctorat. Je n’y avais jamais pensé jusque-là. Mais être payé pour aller à l'école ? C'était cool, alors je me suis inscrit.

SE : La simulation de circuits en analogique relève en grande partie de la force brute, n'est-ce pas ?

Pileggi : Les outils qui existent sont vraiment bons. Il existe de nombreuses SPICE, et elles ont toutes leur niche qui peut faire de très grandes choses. Mais ce n’est pas quelque chose que vous pouvez facilement faire évoluer. Cela a vraiment été un défi. Il existe de la force brute dans la boucle la plus interne, mais vous pouvez l'accélérer avec du matériel.

SE : Quel a été pour vous le moment « aha » en ce qui concerne la gestion de la latence de l'interconnexion alors que l'interconnexion continuait à évoluer ?

Pileggi : Il y avait un certain intérêt à considérer les réseaux RC apparaissant sur les puces comme une sorte de classe spéciale de problèmes. Paul Penfield et d'autres au MIT l'ont fait Elmore approximation des lignes RC en utilisant le premier moment de la réponse impulsionnelle. Il s'agit d'un article d'Elmore des années 1930 sur l'estimation du retard des amplificateurs. Marc Horowitz, un élève de Penfield, a tenté d'étendre cela à quelques instants. Ce que nous avons fait était plutôt une approche généralisée, utilisant de nombreux moments et construisant des approximations d'ordre élevé que vous pourriez appliquer à ces lignes RC. Vous utilisez donc réellement cela pour calculer les constantes de temps dominantes, ou les pôles dominants, dans le réseau. Et pour les circuits RC, ce qui est vraiment intéressant, c'est que plus le réseau s'agrandit, plus les pôles deviennent dominants. Vous pourriez donc avoir un million de nœuds – et cela représente un million de condensateurs et un million de pôles – mais pour une ligne RC, trois d'entre eux la modéliseront très bien. Cela rend les choses vraiment efficaces, à condition que vous puissiez capturer ces trois éléments efficacement. J'étais naïf, ne sachant pas que les mathématiciens français comme [Henri] Pade avait déjà tenté des approximations de Pade bien avant. J'ai plongé en disant: "Oh, ça devrait marcher." Et je me suis heurté à de nombreuses réalités expliquant pourquoi cela ne fonctionne pas. Mais j’ai ensuite pu appliquer une partie du savoir-faire du circuit pour le placer dans un endroit où il fonctionnait très efficacement.

SE : Une grande partie de ces premiers travaux concernaient les signaux radio. Mais à mesure que vous transférez cela dans le monde informatique, que pouvez-vous faire d’autre avec cela ? Et si vous n’êtes plus obligé de tout mettre sur une seule puce, est-ce que cela change les choses ?

Pileggi : Prenons par exemple la distribution d'énergie d'un circuit intégré. C'est principalement dominé sur la puce par le phénomène RC. La résistance domine de loin l'impédance jωL — l'inductance. Mais lorsque vous passez à un package, c'est différent. Si vous assemblez différentes puces, que vous les empiliez ou que vous les placiez sur un interposeur, l'inductance commence à montrer sa vilaine tête. L'inductance est extraordinairement désagréable à modéliser et à simuler. Le problème est que lorsque vous regardez les capacités, il s'agit d'une matrice de potentiel dans laquelle vous prenez les couplages les plus proches et dites : « D'accord, j'ai suffisamment de cette capacité pour dire que cela va dominer le comportement. » En fait, vous jetez ce dont vous n’avez pas besoin. Avec l'inductance, il existe une relation unique par rapport à la capacité. Maintenant, si vous voulez l'effet d'inductance dominante, ce n'est pas si facile à obtenir. Si vous avez des couplages mutuels de tout avec tout le reste, et si vous dites que je vais jeter les couplages avec des choses lointaines, c'est une chose apparemment raisonnable à faire du point de vue de la précision, mais cela affecte la stabilité de l'approximation. Essentiellement, cela peut violer la conservation du flux, de sorte que vous obtenez des pôles positifs. Vous pouvez donc réellement créer des systèmes instables en supprimant simplement les petits termes d'inductance. Habituellement, lorsque vous voyez quelqu'un calculer l'inductance, il ne s'agit en réalité que d'une estimation – ou alors il a fait certaines choses pour la transformer en un modèle stable.

SE : Cette simulation est-elle basée sur la règle des 80/20 ou des 90/10 ?

Pileggi : Même pour les packages que nous avions avant de commencer à faire des choses multi-puces, la distribution d'énergie était RC, mais lorsque vous la transformez en un boîtier avec de nombreuses couches de métal, c'est LC. Nous avons eu le même problème au cours des 20 dernières années, mais ce qui s'est produit a été géré par de bons ingénieurs. Ils appliquent des méthodes très conservatrices pour s’assurer que les puces fonctionneront.

SE : Alors maintenant, lorsque vous regroupez cela dans des nœuds et des packages avancés et éliminez toute cette marge, vous vous retrouvez face à de sérieux défis, n'est-ce pas ?

Pileggi : Oui, et c'est pourquoi c'était le bon moment pour moi de passer aux réseaux électriques.

SE : Les réseaux électriques de nos communautés ont cependant leur propre ensemble de problèmes, comme la localisation et le mélange de courant continu et alternatif, ainsi qu'un certain nombre d'onduleurs.

Pileggi : C'est un problème fascinant. Lorsque je me suis lancé pour la première fois, un de mes étudiants a commencé à me raconter comment ils faisaient de la simulation. J'ai dit : "Wow, ça n'a aucun sens." Je pensais naïvement que c’était comme un grand circuit, mais c’est bien plus que ça. C'est un problème très intéressant sur lequel travailler. Nous avons développé de nombreuses technologies vraiment intéressantes pour résoudre ce problème. Avec les onduleurs, il existe toute une boucle de contrôle. Il n’y a pas l’inertie que l’on a avec les grosses machines tournantes alimentées au charbon. Mais vous avez tous ces composants sur la même grille. Le comportement dynamique du réseau est un problème de taille.

SE : Est-ce que cela varie également selon la météo ? Vous devez faire face à de grandes variations de température ambiante et à toutes sortes de bruits.

Pileggi : Oui absolument. En fait, le comportement des lignes dépend dans une large mesure de la température. Cela affecte la résistance des lignes de transmission. La fréquence est très faible, mais les longueurs sont très longues, donc vous rencontrez des problèmes similaires, mais encore plus avec les énergies renouvelables. Il y a du soleil, puis un nuage, puis du soleil. Ou alors le vent change de direction. Comment stocker l’énergie pour l’utiliser plus tard ? C'est là qu'ils parlent de batteries lourdes enterrées et de choses de ce genre. Faire cela avec une ancienne grille, comme celle que nous avons, est un défi. Je préférerais de loin repartir de zéro.

SE : Lorsque vous avez débuté dans l’électronique, était-ce en grande partie le domaine de très grandes entreprises dotées de très gros budgets de recherche ?

Pileggi : Oui, et c’est là que vous avez vu à quel point le management fait vraiment la différence. Certaines de ces entreprises, comme Westinghouse Research, disposaient d'incroyables installations de R&D, mais elles ne les utilisaient pas efficacement, comme c'était le cas pour toutes les recherches sur l'arséniure de gallium dans lesquelles je travaillais. Il semblait que chaque fois que nous développions quelque chose pour améliorer quelque chose, la direction ne savait pas toujours quoi en faire. J'ai travaillé avec certaines des personnes les plus intelligentes que j'ai jamais rencontrées, et elles avaient travaillé sur des projets comme la première caméra dans l'espace, mais elles vivaient dans l'obscurité. Personne ne savait rien de leur travail, mais c'était tout simplement incroyable.

SE : Une autre question liée aux mathématiques. Vous avez apparemment la réputation d'être un très bon joueur de poker. Comment ces deux mondes sont-ils entrés en collision ?

Pileggi : J'étais à Las Vegas pour une réunion de la DARPA et j'avais un après-midi libre et il y avait un tournoi de poker Texas Hold'em. Je pensais que ce serait plutôt amusant, alors j'ai joué quatre ou cinq heures, j'ai été éliminé et cela m'a coûté 100 dollars. Mais cela m'a intrigué. Je suis retourné à Pittsburgh et j'ai découvert que notre casino local avait ouvert une salle de poker avec des tournois. J'ai commencé à m'améliorer, probablement parce que j'ai lu environ 30 livres sur le sujet. Plus vous jouez, plus vous réalisez qu’il y a de nombreuses couches à cela. J'ai finalement joué aux World Series à Vegas, parce que c'est comme une liste de choses à faire, et c'est la première fois que j'ai atteint le deuxième jour de l'événement principal. Cela équivaut à terminer dans le top 40 % du peloton. Quand j'étais de retour à Pittsburgh, il y avait une soirée « Poker Night in America » au casino. Il y avait environ 300 personnes et quelques pros. J'y ai joué et j'ai gagné la première place. C'était un samedi autour de Thanksgiving en 2013. Nous avons joué de midi jusqu'à juste après minuit, puis nous recommençons dimanche. Nous avons joué jusqu'à peut-être 5 heures du matin

SE : Cela a dû faire des ravages.

Pileggi : Oui, parce que je présidais la recherche de nouveaux chefs de service. J'avais prévu une réunion le lundi matin que je ne pouvais pas manquer, alors j'ai envoyé un e-mail à tout le monde pour dire que j'aurais une heure de retard et leur ai demandé s'ils pouvaient reporter la réunion. Je suis rentré chez moi, j'ai mangé quelque chose, j'ai dormi une heure et je suis allé sur le campus pour procéder au vote final. Ils ont demandé : que s'est-il passé ? J'ai dit que j'étais dans un tournoi de poker. Ils pensaient que je plaisantais. Et puis ils m'ont vu à la télé. Toutes les chaînes d'information locales en ont parlé en disant : « Un professeur local sèche l'école ». J'ai reçu un appel de quelqu'un à qui je n'avais pas parlé depuis 34 ans. Mon doyen a dit que son fils pensait que l'ingénierie était stupide. Mais ensuite il a découvert que cet ingénieur avait gagné ce tournoi de poker, et maintenant il pense que l'ingénierie est vraiment cool.

SE : Comment cela a-t-il affecté vos cours d’ingénieur ?

Pileggi : Je me suis présenté à un groupe d'étudiants ici il y a deux ans lorsque je suis devenu chef de département et je leur ai demandé s'ils avaient des questions. Une jeune femme a levé la main et a dit : « Oui, pouvez-vous nous apprendre à jouer au poker ? Alors maintenant, je fais une séance de formation au poker avec les étudiants une fois par semestre.

• Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
• PlatoData.Network Ai générative verticale. Autonomisez-vous. Accéder ici.
• PlatoAiStream. Intelligence Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
• PlatonESG. Carbone, Technologie propre, Énergie, Environnement, Solaire, La gestion des déchets. Accéder ici.
• PlatoHealth. Veille biotechnologique et essais cliniques. Accéder ici.
• La source: https://semiengineering.com/latency-interconnects-and-poker/