Exploration of non-volatile magnetic memory for processor architecture

De par la reduction continuelle des dimensions du transistor CMOS, concevoir des systemes sur puce (SoC) a la fois tres denses et energetiquement efficients devient un reel defi. Concernant la densite, reduire la dimension du transistor CMOS est sujet a de fortes contraintes de fabrication tandis que le cout ne cesse d'augmenter. Concernant l'aspect energetique, une augmentation importante de la puissance dissipee par unite de surface frene l'evolution en performance. Ceci est essentiellement du a l'augmentation du courant de fuite dans les transistors CMOS, entrainant une montee de la consommation d'energie statique. En observant les SoCs actuels, les memoires embarquees volatiles tels que la SRAM et la DRAM occupent de plus en plus de surface silicium. C'est la raison pour laquelle une partie significative de la puissance totale consommee provient des composants memoires. Ces deux dernieres decennies, de nouvelles memoires non volatiles sont apparues possedant des caracteristiques pouvant aider a resoudre les problemes des SoCs actuels. Parmi elles, la MRAM est une candidate a fort potentiel car elle permet a la fois une forte densite d'integration et une consommation d'energie statique quasi nulle, tout en montrant des performances comparables a la SRAM et a la DRAM. De plus, la MRAM a la capacite d'etre non volatile. Ceci est particulierement interessant pour l'ajout de nouvelles fonctionnalites afin d'ameliorer l'efficacite energetique ainsi que la fiabilite. Ce travail de these a permis de mener une exploration en surface, performance et consommation energetique de l'integration de la MRAM au sein de la hierarchie memoire d'un processeur. Une premiere exploration fine a ete realisee au niveau memoire cache pour des architectures multicoeurs. Une seconde etude a permis d'evaluer la possibilite d'integrer la MRAM au niveau registre pour la conception d'un processeur non volatile. Dans le cadre d'applications des objets connectes, de nouvelles fonctionnalites ainsi que les interets apportes par la non volatilite ont ete etudies et evalues.