AVRIL 2015 ı N°59 ı 25 €
ELECTRONIQUE www.electroniques.biz
STRATÉGIE
NOKIA ACHÈTE ALCATEL-LUCENT POUR FORMER UN GÉANT DES RÉSEAUX «POUR UN MONDE CONNECTÉ» P.30
«CONCEPTION DE SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES: UN PEU PLUS À GAUCHE S’IL VOUS PLAÎT!» Alex Duesener, vice-président «corporate» Europe de Cadence Design Systems
S
ÉVÉNEMENT
P.22
Année après année, la richesse d’ISSCC ne se dément pas PAGE 6
TENDANCE
Le Mobile World Congress s’ouvre à tous les objets connectés PAGE 52
GUIDE D’ACHAT
Les capteurs de mouvements 6/9 axes
LA VILLE INTELLIGENTE AU SERVICE DU CITOYEN
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PAGE 39
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DOSSIER
LIV SU GR RA R DE LE AT ISO PL S C UIT N US OM E DE MA 65 NDE S
PAGE 76
EDITO
“ La mariée était fin prête ”
DR
ela faisait au moins deux ans – depuis fin 2012 – que Nokia avait des vues sur Alcatel-Lucent. Aujourd’hui, le principe du rachat du second par le premier est acté officiellement par les deux protagonistes et interviendra, si tout se passe comme prévu, au premier semestre 2016. D’aucuns diront que la décision fut longue à prendre. Certes, mais c’est sans doute le temps qu’il fallait pour que la société Alcatel-Lucent se fasse suffisamment belle – par petites touches de restructurations et de plans sociaux – pour plaire à son prétendant finlandais qui d’ailleurs, lui aussi, a fait le ménage dans sa vie. Un joli couple, certes, composé de fleurons de l’électronique dans leurs pays respectifs, mais qui a connu des périodes difficiles ces dernières années face aux soubresauts d’un marché toujours plus concurrentiel et à des choix stratégiques parfois malheureux. En faisant vie commune, les deux tourtereaux espèrent bien faire table rase PASCAL du passé et repartir du bon pied. L’un aura à cœur de faire oublier son COUTANCE précédent mariage – pas vraiment une réussite – tandis que l’autre Rédacteur essaiera d’oublier l’erreur de sa vie – ne pas avoir vu le raz-de-marée en chef des smartphones. Mais cela suffira-t-il pour reconstruire un couple solide ? Possible. En tout cas, il possède d’indéniables atouts (en particulier, en matière de propriété intellectuelle et de R&D) et ce mariage autour des réseaux fait sens à l’heure du cloud et de la 5G qui se profile. En gage de sa bonne volonté, Nokia a assuré qu’une fois le rachat finalisé, il allait augmenter les effectifs de R&D de 25 % en France (soit 500 postes additionnels) et les maintenir à ce niveau pendant au moins quatre ans, et préserver le nombre total d’emplois dans notre pays p.coutance@electronique.biz pendant deux ans. C’est un bon début. n
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ELECTRONIQUES - N°59 - Avril 2015
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SOMMAIRE
ELECTRONIQUES N° 59 - AVRIL 2015 EDITO 3 La mariée était fin prête ÉVÉNEMENT 6 Année après année, la richesse d’ISSCC ne se dément pas
ACTUALITÉ Même petit, le LCD industriel reste très costaud P.16
Kyocera Display et KOE Europe lancent tour à tour des écrans LCD-TFT durcis de 3,5 et 4,2 pouces respectivement, dont les performances et la tenue aux conditions d’utilisation difficiles, en particulier à des températures extrêmes, n’ont rien à envier aux modèles de plus grande diagonale.
COMPOSANTS
8 Texas Instruments rénove
sa famille de microcontrôleurs basse consommation
28 Nouvelle France Industrielle:
le nombre de plans va passer de 34 à une dizaine
ENTREPRENDRE
29 Valéo et Safran dévoilent leurs
premières innovations communes
29 Philips vend l’essentiel
de ses activités d’éclairage
30 Nokia achète Alcatel-Lucent
pour former un géant des réseaux «pour un monde connecté»
30 Bouygues Telecom lancera en juin un réseau dédié à l’Internet des objets
9 … et Atmel mise sur la frugalité
31 Microsemi met la main
10 Silicon Labs loge un convertisseur
31 Vaste plan de restructuration
du Cortex-M0+
DC-DC dans ses isolateurs numériques
12 Dialog Semiconductor
lance le «wearable-on-chip» Bluetooth Smart
14 Les capteurs de couleur s’affinent et se raffinent
sur les circuits Ethernet de Vitesse en vue chez Sharp
32 La qualité et une expansion avisée ancrent Deroure dans la réussite
34 La start-up du mois. Enerbee rend les objets connectés autonomes en énergie
35 Le Fonds de dotation de l’Esiee
décerne 2 bourses de 1000 € chacune
EMBARQUÉ
16 Même petit, le LCD industriel reste très costaud
36 BOUGER 37 AGENDA
OUTILS
17 Révolution au cœur de
l’oscilloscopie haut de gamme
18 Les équipements de test L’électronique imprimée pénètre dans les applications les plus inattendues P.55
Complémentaires de l’électronique traditionnelle, les technologies issues de l’électronique imprimée permettront à l’électronique de se diffuser vraiment partout! Automobile, bâtiment, santé, commerce, logistique, objets connectés… les applications sont nombreuses et multiformes.
20 Un outil de cotation pour répondre
rapidement aux demandes de devis
PRODUCTION automatisée a la cote
22 ALEX DUESENER «Conception
de systèmes électroniques: un peu plus à gauche s’il vous plaît! »
PRÉVOIR
23 INDICATEURS 24 Le secteur automobile a favorisé Les capteurs de mouvements 6/9 axes
Ce numéro comporte: une surcouverture publicitaire de la société Mouser Electronics avant la page Une.
4
au service du citoyen
TENDANCE 52 Le Mobile World Congress s’ouvre à tous les objets connectés
19 Apex 2015: l’inspection optique
L’INVITÉ DU MOIS
P.76
39 La ville intelligente
se mettent à l’eMBMS
STRATÉGIE
Les modules inertiels complets ne sont plus l’apanage d’applications pointues comme l’aéronautique: des capteurs miniatures embarquant un accéléromètre, un gyroscope et/ou un magnétomètre triaxiaux envahissent désormais les systèmes grand public.
DOSSIER
la croissance du marché des semi-conducteurs en 2014
GÉRER
26 Cap’Tronic a aidé 2900 PME en 2014 27 Journée technique de l’électronique 2015: cap sur le confort, la santé et la sécurité
28 Bpifrance aide 11 start-up
prometteuses à se developper
55 L’électronique imprimée pénètre dans les applications les plus inattendues
58 USB3.1 type C: enfin l’USB vraiment universel?
62 La robotisation devrait réduire les coûts de la main-d’œuvre de 16%
MISE EN ŒUVRE 66 Pas de système échantillonné performant sans une horloge précise et silencieuse
72 Programmer des processeurs
graphiques avec OpenCL (2de partie)
GUIDE D’ACHAT 76 Les capteurs de mouvements 6/9 axes LE MARCHÉ CLASSÉ 82 Les nouveaux produits du mois ELECTRONIQUES - N°59 - Avril 2015
ÉVÉNEMENT
SEMI-CONDUCTEURS
Année après année, la ri ne se dément pas L’industrie des semi-conducteurs a encore montré sa vigueur et son imagination lors de la conférence de référence en recherche et développement, des processeurs aux composants analogiques en passant par les mémoires et les capteurs.
S
> Un amplificateur de puissance 60 GHz en FD-SOI 28 nm de ST
Samsung
> Le processeur SPARC M7 à 32 cœurs d’Oracle
≥ Samsung détient encore le monopole des mémoires flash V-Nand, mais Toshiba et Intel/Micron sont sur les rangs…
> Carrizo, un APU 28 nm basé sur les derniers cœurs x86 d’AMD > Une référence de tension Cmos à assistance numérique d’Infineon > Un transceiver GSM/EDGE/ HSPA+/TDSCDMA/LTE en Cmos 40 nm de Broadcom > Un processeur mobile à huit cœurs Cortex-A de MediaTek
6
an Francisco - Le recueil des présentations effectuées lors de la manifestation ISSCC, qui se tient chaque année à San Francisco et dévoile les avancées qui feront les circuits de demain, rassemble un bon demi-millier de pages écrites en très petits caractères –et une bonne partie des illustrations n’y figure même pas. C’est dire à quel point il est illusoire de vouloir en faire un compte rendu exhaustif… Pour autant, en attendant que nous revenions plus en détail sur certains domaines particuliers, voici quelques annonces hétéroclites qui ont marqué la récente édition 2015. IBM a présenté les deux circuits qui orchestrent sa prochaine génération de serveurs System z. Le premier est un microprocesseur à huit cœurs, versions améliorées de l’actuel zEC12 (deux unités de traitement vectoriel, une nouvelle microarchitecture SMT2 susceptible d’exécuter deux tâches simultanément) et capables de traiter chacun six instructions Cisc par cycle d’horloge en les décomposant en plusieurs microinstructions Risc. Les 64Mo de DRam embarquée sont utilisés non seulement comme cache de niveau 3, mais aussi au niveau 2, au plus près des cœurs. « Ces cœurs étant trop imposants pour en aligner quatre de chaque côté du processeur, nous avons dû adopter un ordonnancement
moins traditionnel qui a sensiblement compliqué la conception du cache L3 », reconnaît James Warnock, ingénieur hardware chez IBM. Une interface spécifique permet à cette puce de se connecter à deux autres processeurs identiques et à la mémoire cache de niveau 4 contenue dans le second circuit présenté par IBM. Ce dernier comprend 480 Mo de DRam embarquée et 440 microcontrôleurs chargés de fluidifier le trafic de données, et tourne à une fréquence réduite de moitié par rapport au processeur (lequel monte jusqu’à 5,2 GHz). Beaux bébés de 4 et 7,1 milliards de transistors, le processeur et son circuit compagnon sont fabriqués en Cmos 22nm sur SOI, là où la précédente génération utilisait le 32nm.
Les flash Nand suscitent la convoitise Du côté des mémoires non volatiles, Samsung a profité d’ISSCC pour exposer plus avant sa deu-
Broadcom
PARMI LES AUTRES PRESENTATIONS...
≥ Destiné aux récepteurs câble et satellite, ce convertisseur analogiquenumérique 10 bits atteint les 5Géch./s.
xième génération de Nand verticales V-Nand 128 Gbits comportant 32 couches, déjà en production de volume et utilisées au sein des tout derniers disques durs SSD du Sud-coréen. Seul à maîtriser cette technologie (*), Samsung conserve une bonne longueur d’avance sur la concur rence, tandis que Toshiba/Sandisk présentait, lui, une flash Nand de 64 Gbits en technologie Cmos 15 nm. La puce à deux bits par cellule mesure 75mm² (soit légèrement plus que les 68,9 mm² de la V-Nand de Samsung, pour une capacité deux fois moindre). Elle vaut surtout pour sa consommation réduite, puisqu’elle est capable de fonctionner entièrement sous 1,8V sans utiliser de transistors à faible tension de basculement Vth, grâce à l’utilisation parcimonieuse de tensions boostées en interne. Un contrôle dynamique des pompes de charge permet d’adapter le nombre de pompes activées et leur fréquence de fonctionnement en fonction de la charge requise. De même, le courant crête est limité par un séquençage intelligent, qui permet de le réduire de 65 % tout en ne diminuant le débit de données que de 20%. In fine, la mémoire Nand offre un débit de données de 533Mbit/s pour une consommation limitée à 57mW. Renesas Electronics détaillait, lui, une macro de mémoire flash embarquée SG-Monos en technologie ELECTRONIQUES - N°59 - Avril 2015
ÉVÉNEMENT
28nm, optimisée pour être intégrée avec ses processeurs automobiles. A une température de jonction de 170 °C, cette mémoire assure en effet un fonctionnement à 200 MHz en lecture et un débit de 2 Mo/s en écriture, tout en voyant ses émissions électromagnétiques réduites de 19dB grâce à un générateur d’horloge à étalement de spectre et décalage de phase. Enfin, pour ce qui est des mémoires non volatiles plus exotiques, la MRam avait cette année les faveurs d’ISSCC, en particulier sa déclinaison STT-MRam (Spin Transfer Torque magnetoresistive Ram) avec deux papiers à l’honneur. Le premier, œuvre de Samsung, proposait une solution à l’un des problèmes freinant encore le développement de ces mémoires MRam, à savoir les variations erratiques de la jonction tunnel et la faible magnétorésistance liée. Elles ralentissent les MRam et font de la lecture des données une tâche ardue puisque les courants de détection des états haut et bas ne diffèrent que d’une poignée de micro-ampères. La solution de Samsung réside dans des amplificateurs de mesure à architecture CBSA (covalentbonded sense amplifier) évitant le recours à une topologie de mesure différentielle qui réduit la densité de la puce mémoire. L’autre publication sur les STTMRam, signée Toshiba, s’attachait surtout à accélérer leur fonctionnement. Le prototype 1Mbits en Cmos 65nm du JapoELECTRONIQUES - N°59 - Avril 2015
IBM
chesse d’ISSCC
≥ IBM continue de développer des processeurs surpuissants, notamment pour ses serveurs System z.
nais offre un temps d’accès en lecture de 3,3 ns sous 1,2 V. La consommation, elle, est réduite à 44,6 µW en veille et 80 nW en veille profonde, ce dernier mode étant obtenu par une gestion affinée du power gating et n’induisant qu’une latence de 21ns.
Des CAN toujours plus rapides En conception analogique et mixte, on retiendra par exemple le convertisseur analogiquenumérique 10 bits 5Géch./s présenté par Broadcom. Cette puce vise les récepteurs câble et satellite résidentiels fonctionnant en conversion directe de fréquence. Trop limités en termes de rapidité et de résolution, les CAN à approximations successives (SAR) y cèdent généralement la place aux modèles à pipeline. Broadcom propose, lui, une solution 10 bits hybride : des CAN SAR s’occupent des huit premiers bits et
une architecture pipeline prend en charge les deux MSB restants. En outre, cette approche hybride permet de réduire la consommation de la puce à seulement 150 mW – les CAN SAR ne devenant réellement gourmands qu’à des résolutions supérieures à 8 bits. La distorsion harmonique totale THD est de - 54,7 dB. Le rapport signal sur bruit SNR est, lui, confiné à 46,8dB par la gigue de la boucle à verrouillage de phase 5 GHz interne ; sans l’effet de cette PLL, il atteint 55,2dB. Les capteurs n’étaient pas en reste à ISSCC. Sony a par exemple présenté un imageur de 20,68 millions de pixels à illumination par l’arrière (BSI) original. Ce capteur stacked (le capteur en technologie 90 nm surplombe un circuit de traitement du signal 65 nm) est destiné aux systèmes nécessitant à la fois la capture d’images et de vidéos, à des niveaux de qualité
inédits jusqu’à présent dans les applications grand public. Il utilise pour cela une architecture à échantillonnage multiple en parallèle, ce qui lui permet par exemple de délivrer deux flux de sortie simultanés, l’un en 4K pour la vidéo, l’autre pour des images fixes de 16 MPixels. On comprend ici tout l’intérêt de l’architecture à puces empilées sur laquelle s’appuie Sony depuis quelques années: même en plaçant deux convertisseurs analogique-numérique par colonne de pixels, la taille totale du capteur reste la même, puisqu’elle est dépendante de l’imageur proprement dit, bien plus gros que le circuit de traitement. La consommation demeure sage, à 532 mW en double échantillonnage, soit seulement 116 mW de plus qu’avec une seule lecture des photosites. Le capteur utilise également un bloc de compression de données fonctionnant en mode PCM ou DPCM. Cette compression permet de réduire de douze à huit le nombre de lignes de transmission à 2,3 Gbit/s qui sont nécessaires pour véhiculer 120 images de 16 MPixels 10 bits chaque seconde. In fine, le capteur au format 1/1,7 pouce utilise des photosites de 1,43 µm et vient s’insérer dans la gamme Sony entre l’IMX220 (21 MPixels, format 1/2,3 pouce, orienté smartphones) et l’IMX183CQJ (20,48 MPixels, format 1 pouce, orienté photographie). FRÉDÉRIC RÉMOND (*) Toshiba et Intel/Micron viennent toutefois d’annoncer le développement de mémoires flash Nand verticales.
7
ACTUALITÉ
COMPOSANTS
SEMI-CONDUCTEURS
Texas Instruments rénove sa famille de microcontrôleurs basse consommation Les MSP432 adoptent un cœur 32bits Cortex-M4F et de multiples innovations permettant de combiner des performances accrues et une consommation d’énergie réduite.
M
8
< Les MSP432 affichent un score de 167,4 au banc d’essai ULPBench d’EEMBC, un rapport puissance/consommation annoncé meilleur de 30 % que celui des circuits Cortex-M3 et Cortex-M4F concurrents selon l’américain.
TI
ême les institutions les plus vénérables doivent, de temps en temps, subir une remise au goût du jour sauf à tomber en désuétude. Avant d’investir lourdement dans le domaine des microcontrôleurs à cœurs ARM, Texas Instruments était déjà présent depuis longtemps dans ce secteur avec sa famille MSP430, des modèles plus modestes (il s’agit là d’un cœur 16bits propriétaire) et orientés vers les applications à très faible consommation. Le cap ne change pas, mais l’américain a décidé de donner un coup de jeune à cette gamme de circuits en lançant les MSP432, qui s’appuient désormais sur le cœur 32bits Cortex-M4F d’ARM. Cadencés jusqu’à 48 MHz, ces microcontrôleurs se distinguent principalement par une consommation réduite à 95µA/MHz en mode actif et 850 nA en mode veille (avec horloge RTC active). A titre de comparaison, on trouve dans les catalogues SAM4L et SAMD20 d’Atmel ou EFM32 Zero de Silicon Labs des microcontrôleurs 32 bits nécessitant eux aussi autour de 100 µA/MHz, mais seulement jusqu’à une fréquence de 12 ou 24MHz ; les modèles Apollo présentés récemment par Ambiq Micro (voir Electroniques n°57) se satisfont eux de 35µA/MHz, mais là aussi jusqu’à 24 MHz seulement, et grâce à un fonctionnement sous la tension de seuil (subthreshold) sensiblement différent. Texas Instruments s’enorgueillit d’ailleurs d’un score de 167,4 au banc d’essai ULPBench d’EEMBC,
une performance annoncée comme étant meilleure de 30% que celles des circuits CortexM3 et Cortex-M4F concurrents.
Un cœur alimenté par régulateur LDO ou DC-DC A l’origine de cette très faible consommation résident plusieurs avancées. Fabriqués en technologie Cmos 90 nm, les MSP432 embarquent tout d’abord un convertisseur DC-DC et un régulateur à faible chute de tension (LDO) qui, à eux deux,
optimisent l’alimentation du cœur et des blocs périphériques en fonction des besoins de l’application. Il est ainsi possible de faire fonctionner la puce sous une tension de 1,62 V (c’est-àdire 1,8 V ±10%) à faible charge ou jusqu’à 3,7V lorsque les performances demandées sont plus élevées. A titre d’exemple, la tension de cœur peut être abaissée de 1,4 à 1,2V seulement dès que la fréquence d’horloge passe sous la barre des 24 MHz. Par défaut, c’est le régulateur LDO
qui assure la transition entre la tension d’alimentation générale et la tension de cœur, en raison de ses qualités naturelles (faible bruit, rapidité en transition, etc.), mais le régulateur à découpage peut être préféré lorsque le courant actif prend le pas sur la consommation en veille, c’est-àdire lorsque la puce est très sollicitée, car il permet des gains d’énergie supplémentaires. La valeur de 95 µA/MHz indiquée plus haut vaut d’ailleurs pour un fonctionnement à partir du convertisseur DC-DC ; avec le LDO, elle monte à 166µA/MHz. En outre, TI a ajouté à la liste des modes basse consommation déjà mis en œuvre dans les MSP430 des options «basse fréquence » dans lesquelles la mémoire et les blocs périphériques ne dépassent pas les 128kHz. Le convertisseur analogiquenumérique 14bits ne consomme, lui, que 375 µA à 1 Méch./s, et offre un nombre de bits effectif de 13,2, un mode différentiel et des comparateurs. Les MSP432 intègrent également une mémoire Ram origi nale dont la ELECTRONIQUES - N°59 - Avril 2015