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Exploration d'architectures hétérogènes programmables à haut flux de données pour des applications temps réel en instrumentation nucléaire

Défi technologique : Instrumentation nucléaire et métrologie des rayonnements ionisants (en savoir +)

Département : Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire : Laboratoire Capteurs et Architectures Electroniques

Date de début : 01-09-2022

Localisation : Saclay

Code CEA : SL-DRT-22-0839

Contact : yoann.moline@cea.fr

Le domaine de l'instrumentation nucléaire couvre un large spectre d'applications qui évoluent de façon permanente grâce à l'avancée des technologies du numérique et du traitement du signal. La mesure de radioactivité se caractérise par l'analyse d'un signal spécifique constitué d'impulsions de durées courtes (de l'ordre de la ns pour certains détecteurs) et de dates d'arrivée aléatoires. Ce signal influence la conception des architectures actuelles qui s'oriente vers des solutions à base de composants reconfigurables de type FPGA pour gérer l'étage de numérisation et permettre l'exécution de traitements en flux sur les échantillons. L'émergence des architectures de calcul générique sur processeur graphique (GPGPU) ou des outils de synthèse de haut niveau (HLS) a permis de voir la littérature se remplir de nouveaux types d'algorithmes, généralement à base d'intelligence artificielle (IA), et amène à repenser ce modèle. Ces algorithmes sont utilisés hors ligne pour des travaux de caractérisation mais rarement sur des chaînes de mesures en raison d'un dimensionnement qui imposerait des fréquences d'échantillonnage très élevées (de l'ordre du GHz) et des traitements rendant difficile le passage du paradigme programmable à reconfigurable. L'objectif de cette thèse est la conception d'une architecture de calcul programmable permettant de s'adapter à ces nouvelles contraintes tout en conservant la possibilité de couvrir l'ensemble des applications traditionnelles du domaine. À partir du savoir-faire du CEA-LIST en matière d'instrumentation nucléaire, d'architecture électronique et d'intelligence artificielle, l'étudiant travaillera sur l'étude de ces nouveaux algorithmes, la conception d'une architecture en adéquation et sa mise en ?uvre à partir de briques technologiques présentes sur étagère. Ces travaux pourront mener à une réelle rupture dans des applications aussi variées que la spectrométrie, le contrôle-commande, l'imagerie et même au-delà de l'instrumentation nucléaire, telles que le radar ou l'ECG/EEG.

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