Les évolutions des semi-conducteurs ont conduit à l'apparition de puces FPGA entièrement reprogrammables à la demande et à distance. Un fonctionnement qui bouleverse autant le travail des designers et des développeurs que des industriels clients.
Les évolutions des semi-conducteurs ont conduit à l'apparition de puces FPGA entièrement reprogrammables à la demande et à distance. Un fonctionnement qui bouleverse autant le travail des designers et des développeurs que des industriels clients.
Par Samuel Arnaud - Publié le 20/06/23
Faits, tendances et initiatives
v Les FPGA (field-programmable gate array) sont des puces électroniques disposant d'une grille d'unités logiques programmables, permettant de "flasher" le schéma d'un circuit intégré sur une puce générique. Si elle existe depuis les années 1980, cette technologie a évolué et offre désormais la possibilité de reprogrammer des puces à la demande. Il est ainsi possible de réaliser une mise à jour à distance, sans avoir à changer les composants, un atout majeur pour de nombreux secteurs (spatial, automobile, etc.). Les progrès technologiques ont aussi débouché sur la multiplication du nombre de cellules logiques placées sur une seule puce, ce qui élargit les usages possibles.
v Les FPGA apparaissent donc désormais comme une alternative possible aux ASIC (application-specific integrated circuit), des applications possédant leur circuit intégré dédié. Les secondes s'avèrent plus performantes mais possèdent des délais et des coûts de production plus élevés (excepté sur les grandes séries), tandis que les premières bénéficient d'une disponibilité plus rapide. Cette accessibilité simplifiée facilite la mise au point de microprocesseurs : n'importe quelle start-up peut tester son design de puce et ses composants sur un FPGA, sans faire exploser ses coûts.
v Certaines jeunes pousses se sont spécialisées dans la mise au point de FPGA, généralement destinées à un domaine précis (objets connectés, embarqués, datacenters, etc.). Les géants de l'informatique ont d'ailleurs réalisé plusieurs acquisitions pour se renforcer sur ce segment, à l'image du rachat d'Altera par Intel en 2015 ou de Xilinx par AMD en 2022. Le marché paraît donc assez dynamique, avec plusieurs types d'acteurs présents et proposant des offres variées, allant des composants FPGA très coûteux à des produits plus simples pensés pour des applications de faible consommation.
v Plus rapides à développer, offrant la possibilité d'améliorer les applications et de les mettre à jour à distance, possédant une large gamme d'utilisations, les puces FPGA présentent de nombreux avantages. Reste une faiblesse : la sécurité, puisque l'application d'une mise à jour à distance ouvre la porte à une interception par un tiers au moment de la manœuvre. La lutte contre les vulnérabilités représente donc un axe de travail crucial pour les fabricants de FPGA (renforcement du chiffrement des échanges, mise en place de nouveaux algorithmes, etc.).
Paroles d'expert
"Certains composants ne pouvaient être flashés qu'une seule fois. C'était très courant pour ceux dédiés au spatial. Or, pouvoir reconfigurer un FPGA a grandement amélioré la maintenabilité des équipements. Il y a aujourd'hui beaucoup d'équipements électroniques embarqués dans l'aéronautique, l'automobile et le ferroviaire. Disposer de la capacité de faire des mises à jour à distance est extrêmement précieux pour un industriel. Il n'est plus nécessaire de démonter et remplacer le composant pour upgrader un équipement."
"[L'amélioration de la sécurité des FPGA] passe par un durcissement du lien de communication avec lequel on va échanger des données avec le composant. Aujourd'hui, les FPGA sont embarqués dans une grande variété de produits et sont interconnectés. Ces échanges doivent être chiffrés."
Arnaud Daniel, directeur technique du bureau d'études en électronique Elsys Design
"Jusqu'à récemment, vouloir concevoir un nouveau microprocesseur était un projet extrêmement coûteux et réservé à quelques très gros industriels de semi-conducteurs. Aujourd'hui, il n'est même plus nécessaire de produire une puce : une start-up peut prendre des outils logiciels open source pour créer la Netlist de son composant [une description détaillée] et tester son design de puce sur un FPGA. Cela permet à la start-up de valider son design avant de se tourner vers un fondeur pour produire le composant ou même vendre directement son IP [intellectual property] à un industriel qui va l'intégrer à ses offres."
Bernard Goosens, professeur à l'université de Perpignan
"Il existe des FPGA adaptés à des usages très différenciés, pour chaque secteur. Sur le haut du marché, une évolution majeure fut l'utilisation de FPGA par Microsoft en tant qu'accélérateurs pour l'intelligence artificielle. De nombreux fournisseurs cloud ont suivi et proposent des services en ligne qui s'appuient sur de très gros composants FPGA. Ceux-ci comptent plusieurs millions d'unités logiques et leur coût peut dépasser 10 000 dollars pièce. De l'autre côté de l'offre, on trouve Lattice qui propose de tout petits FPGA, à partir de quelques centaines de cellules logiques, plutôt dédiées aux applications de faible consommation avec un prix compris entre 1 et 10 dollars l'unité."
Yoann Dupret, CTO de Menta, start-up spécialisée dans les FPGA
Synthèse rédigée d'après l'article "Les FPGA, une révolution culturelle dans les semi-conducteurs", in Industrie et technologies, n° 1056, octobre 2022
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