La jeune société texane Ambiq Micro, qui avait levé en novembre 2014 15 millions de dollars pour promouvoir sa plate-forme de semi-conducteur à ultrabasse consommation Spot (Subthreshold Power Optimized ...Technology), a commencé l’échantillonnage de ses premiers microcontrôleurs basés sur cette technologie brevetée. Architecturée autour d’un cœur 32 bits Cortex-M4F cadencé à 24 MHz, la famille Apollo se distingue par une consommation en mode actif de 5 à 10 fois inférieure aux microcontrôleurs de performances quasi comparables, soit 35 µA/MHz contre 355 µA/MHz pour un STM32F401 à cœur Cortex-M4F cadencé à 20 MHz et 100 µA/MHz pour un SAM4L à cœur Cortex-M4 cadencé à 12 MHz (selon des données fournies par Ambiq).

Mike Salas, vice-président marketing d'Ambiq Micro

En mode veille, les chiffres sont aussi très nettement à l’avantage des microcontrôleurs du Texan (100 nA contre 2,8 µA pour le circuit de ST et 1,5 µA pour celui d’Atmel). Même face à des circuits à cœur Cortex-M0+, la balance penche encore en faveur des microcontrôleurs d’Ambiq, le SAM D20 d’Atmel et l’EFM32 Zero de Silicon Labs affichant des consommations de 99 µA/MHz et de 115 µA/MHz respectivement en mode actif (à 24 MHz) et de 3,8 µA et de 0,9 µA respectivement en veille. « Avec la famille Apollo qui entrera en production de volume au printemps, nous ciblons tout particulièrement les dispositifs portés sur soi et, plus généralement, tout objet connecté alimenté par pile et doté de capteurs et de détecteurs qui doivent rester constamment à l’écoute de leur environnement, nous a précisé Mike Salas, vice-président marketing d’Ambiq Micro. L’ultrabasse consommation de nos microcontrôleurs doit permettre aux concepteurs d’objets de disposer d’une plus grande autonomie à caractéristiques égales, de doter leurs produits de nouvelles fonctionnalités à autonomie identique ou de les équiper de piles aux dimensions plus compactes. »

Dans la pratique, la plate-forme Spot, qui est issue de travaux de recherche menés à l’université du Michigan et qui a nécessité huit ans de développement, vise à réduire la consommation énergétique des semi-conducteurs en permettant un fonctionnement des transistors à des tensions « sous le seuil » (moins de 0,5 V) et non pas sous une tension « pleine » de 1,8 V (voir illustration en fin d'article). Ambiq met à profit le courant de fuite des transistors en mode bloqué pour effectuer des calculs dans les domaines tant numérique qu’analogique. Le procédé reste toutefois compatible avec les règles de conception et les procédés de fabrication Cmos actuels, assure la jeune société créée en 2010. Ambiq a d’ailleurs déjà exploité son procédé basse consommation dans une gamme de crcuits d'horloge temps réel lancée en 2013. « Nous en avons déjà commercialisés plusieurs millions d’exemplaires, notamment sur les marchés de la carte à puce, des compteurs d’énergie, du médical, etc. », précise Mike Salas.

Fabriqués par TSMC en technologie Cmos 90 nm, les premiers modèles de microcontrôleurs de la famille Apollo intègrent donc un cœur Cortex-M4F (avec son unité de calcul en virgule flottante), jusqu’à 512 Ko de flash, jusqu’à 64 Ko de Ram ainsi qu’un convertisseur analogique/numérique 10 bits 13 canaux à 1 Méch./s et un capteur de température d’une précision de +/-2°C. Les communications avec des capteurs, des émetteurs/récepteurs radio, d’autres périphériques ou un processeur hôte (optionnel) sont permises via des ports I²C/SPI et une UART. Les microcontrôleurs sont disponibles en boîtiers BGA de 64 broches (4,5 x 4,5 mm) ou CSP 42 broches (2,4 x 2,77 mm).

A la question de savoir si Ambiq envisage de céder sous licence sa technologie à d’autres fabricants de semi-conducteurs, Mike Salas répond : « Nous avons beaucoup de demandes en ce sens. Si nous proposons un jour notre technologie à des sociétés tierces, ce sera à des fabricants de périphériques de microcontrôleurs tels que des capteurs ou des écrans, l’objectif étant de constituer un écosystème de briques de base à ultrabasse consommation pour le marché des objets connectés ». Ajoutons qu’Ambiq ne rejette pas l’idée à terme d’appliquer la plate-forme Spot à des microcontrôleurs à cœur Cortex-M7, voire à des processeurs à cœur(s) Cortex-A.