Couverture ElectroniqueS n°127

Augmenter l'autonomie des systèmes portables tout en gonflant leurs performances. Ce vaste programme est pris en compte tant par les fabricants de composants qui baissent la consommation de leurs produits que par les fournisseurs d'accumulateurs qui améliorent leur offre. En attendant la source d'énergie miracle ! Consommer moins et fournir plus d'énergie Le développement de la mobilité, le terme « nomadisme » est même de plus en plus souvent cité, associé à la convergence multimédia, entraîne la multiplication des systèmes portables : appareils photo, lecteurs de DVD, radiotéléphones, PDA, bureaux de poche et autres. Systèmes toujours plus petits, plus légers et plus performants. Attention toutefois, l'accroissement des performances ne doit pas se faire au détriment d'une perte d'autonomie. Bien au contraire ! Les consommateurs veulent pouvoir utiliser leur système n'importe où et à n'importe quel moment. Heureusement pour eux, et pour les fabricants de systèmes portables, les solutions ne manquent pas, qu'il s'agisse de baisser la consommation ou d'augmenter la quantité d'énergie disponible. Baisser la consommation est devenu une obsession La baisse de la consommation est même devenue quasi obsessionnelle pour les fabricants de composants et notamment ceux de processeurs, circuits qui sont, avec les écrans quand il y en a, les plus gros consommateurs d'énergie dans les systèmes portables. Mais la baisse de la consommation ne relève pas que des fournisseurs, elle peut aussi provenir de la conception du système lui-même grâce au recours à des architectures d'énergie distribuée, à la multiplication des tensions d'alimentation, à la mise au point de logiciels de gestion de la consommation couplés à des briques matérielles dédiées ou encore s'effectuer en ajustant la fréquence de fonctionnement du système en temps réel suivant les besoins de l'application. Il y a aussi des choses à faire du côté du logiciel d'application, étant entendu que plus le code est compact moins il utilise de mémoire et moins il demande de temps de calcul et donc d'énergie. Cela fait déjà quelques années que les fabricants de processeurs, DSP et autres circuits intégrés ont pris conscience du problème et mis un frein à l'escalade des fréquences de fonctionnement, pas tant d'ailleurs du fait du développement du nomadisme dans un premier temps que parce que limités physiquement par l'évolution des technologies (voir par exemple EIH n° 506). Quelle que soit la raison, la tendance est là. D'une génération technologique à l'autre, les circuits consomment nettement moins à performances supérieures : 6 000 Mips/W pour le dernier-né des c&oelig;urs de processeurs ARM en technologie Cmos 90 nm contre 1 000 Mips/W pour un processeur de Nec en technologie Cmos 0,15 µm considéré en 2000 comme le moins gourmand en énergie du marché (voir EIH n° 379). D'autres exemples de cette course à la baisse de la consommation pourront être trouvés dans les récentes annonces de la conférence internationale sur les processeurs (voir EI n° 628). Les fabricants d'écrans cherchent eux aussi à diminuer la consommation de leurs composants, qui, il y a encore cinq ans, étaient les plus gros consommateurs d'énergie dans les PC portables. A cette époque en effet, selon Intel, l'écran (un LCD 14,1 pouces) comptait en effet pour 33 % de la consommation, les chipsets pour 13 % et les processeurs pour 18 % (11 % pour le processeur graphique et 7 % pour le CPU). Si on prend l'exemple des radiotéléphones, plusieurs technologies permettent de réduire la consommation liée aux afficheurs LCD. Le recours à des modèles réflectifs, qui éliminent le rétroéclairage (de très loin le principal élément consommateur d'énergie dans un LCD transmissif), reste le choix le plus évident. N'utilisant que partiellement le rétroéclairage, le LCD transflectif est également à considérer pour peu que l'on désire un afficheur lisible dans tout type d'environnements lumineux (plein soleil, nuit, intérieur, extérieur). Les LCD-LTPS figurent également parmi les alternatives possibles, l'intégration de fonctions électroniques, comme des cellules mémoire Sram, directement sur la matrice. Bien sûr, il ne faut pas oublier les Oled, dont la consommation est, en général, inférieure à celle des LCD transmissifs (rétroéclairage compris). Sur le papier, ce sont néanmoins les afficheurs bistables (certains LCD, écrans à encre électronique…) les mieux placés, mais leur industrialisation tarde à venir. Une bonne gestion de l'énergie avec les composants et les logiciels adéquats peut aussi être une source non seulement d'économie mais également d'énergie (voir notre article page 24).de ces écrans LCD contribuant à les rendre moins gourmands. Du côté des sources d'énergie aussi les choses avancent, même si c'est souvent de façon incrémentielle. Le Li-ion remplace le NiMH en faible puissance Le salon Batteries qui s'est tenu début juin à Paris nous l'a confirmé (nous y reviendrons), l'actualité en matière de sources d'énergie portables entre progressivement en ébullition sous la pression d'améliorations plus consistantes des prochains modèles d'accumulateurs commercialisés. En matière d'innovation électrochimique, il faut reconnaître que les progrès techniques de ces 5 dernières années sur les accumulateurs véritablement disponibles sur le marché se sont traduits par des améliorations de performances relativement incrémentielles (de l'ordre de 10 % par an selon Avicenne). Principalement pour l'utilisateur final, l'amélioration est passée par le remplacement, dans nombre d'applications portables de faible puissance, des accumulateurs NiMH par des modèles lithium-ion à la densité d'énergie stockée presque doublée : il est devenu rare de trouver un téléphone portable sans accumulateur lithium-ion. Dans les modèles de puissance pour des applications comme l'outillage électrique, c'est le nickel-cadmium qui a vu progressivement ses parts de marché se restreindre au profit des accumulateurs NiMH, qui apportent également une amélioration notable de la densité d'énergie stockée, au détriment peut-être d'une recharge un peu plus lente mais sans être affectés officiellement par un effet mémoire comme pouvaient l'être une bonne part des éléments cadmium. En fait, l'actualité des produits du marché a surtout été marquée par une forte baisse des prix liée à la montée de la Chine dans ce domaine. Les prouesses technologiques évoquées dans les congrès spécialisés et fabriquées sous forme de prototypes dans les laboratoires n'ont pas encore révolutionné les applications. Les dernières annonces concernent surtout des améliorations de la puissance des éléments lithium-ion avec une simplification de leurs mécanismes de sécurité. Le Japonais Nec a ainsi dévoilé l'année dernière des éléments prototypes capables de fournir des courants de 100 A. Son compatriote Toshiba a proposé, lui, de fournir des éléments ultraminces se rechargeant en 10 minutes chrono avec des valeurs de courant impressionnantes pour une si petite taille. En attendant la vraie pile à combustible portable Plus étonnant, les Américains semblent vouloir remettre en cause la domination asiatique dans le domaine des accumulateurs avec A123Systems, qui produit des modules cylindriques de puissance, annoncés pour des courants continus de 70 A et 200 A crête avec une durée de vie de plus de 1 000 cycles en décharge complète et protection simplifiée alors que les modèles actuels recommandent une protection électronique complète et de l'ordre de 500 cycles. Compatriote de A123Systems, Altair Nanotechnologies revendique l'utilisation d'une formation nanométrique de son électrode à l'oxyde de titane lithié pour améliorer la stabilité thermique de son accumulateur, sa durée de vie en nombre de cycles et la puissance crête ou continue. Dans l'Hexagone, le CEA-Léti à Grenoble est également sur la piste de telles formulations et plusieurs laboratoires universitaires français sont experts dans ces domaines. Les technologies alternatives continuent elles aussi de s'améliorer, le nickel-zinc de la société française SCPS n'a pas pour l'instant rencontré le succès escompté, mais Intel vient de réinvestir dans celle de l'Américain Zinc Matrix Power. Enfin, l'eldorado de la pile à combustible est peut-être proche. Certains prédisent une utilisation limitée à des applications d'un volume suffisant comme le véhicule électrique, dépassant largement le cadre d'un simple terminal électronique portable. Mais les derniers prototypes du CEA laissent entrevoir un espoir (voir notre article page 25), tout comme l'accord de coopération récemment signé entre Samsung et MTI Micro pour le développement d'une pile à combustible au méthanol destinée à alimenter les téléphones portables du Coréen.

Plus d’énergie dans les portables : tout un programme !

Couverture ElectroniqueS n°127

IBM grave les premières puces en 2 nm en abandonnant les FinFET

Zeta, le protocole LPWAN made in China, arrive en Europe

Harting invente le connecteur électronique sur mesure

Plus d’énergie dans les portables : tout un programme !

Dans la même rubrique

Couverture ElectroniqueS n°127

IBM grave les premières puces en 2 nm en abandonnant les FinFET

Zeta, le protocole LPWAN made in China, arrive en Europe

Harting invente le connecteur électronique sur mesure