Support logiciel pour calcul clairsemé
Les performances des calculateurs sont devenues limitées par les déplacements des données dans les domaines de l'IA, du HPC comme dans l'embarqué. Il existe pourtant des accélérateurs matériels qui permettent de traiter des mouvements de données de façon efficace énergétiquement, mais il n'existe pas de langage de programmation qui permette de les mettre en œuvre dans le code supportant les calculs.
C'est au programmeur de configurer explicitement les DMA et utiliser des appels de fonctions pour les transferts de données et analyser les programmes pour en identifier les goulots d'étranglement mémoire.
Par ailleurs les compilateurs ont été conçus dans les années 80, époque à laquelle les mémoires travaillaient à la même fréquence que les cœurs de calcul.
L'objet de cette thèse sera d'intégrer dans un compilateur la possibilité de réaliser des optimisations basées sur les transferts de données.
Modélisation des Signatures Électromagnétiques dans un Scénario à Trajets Multiples pour la Reconnaissance d'Objets et le SLAM Radio Sémantique
Contexte:
La vision des futurs réseaux de communication sans fil envisage des services de positionnement et de localisation extrêmement précis dans des environnements intérieurs et extérieurs, en parallèle avec les services de communication (Joint Communication and Sensing- JCAS). Avec l'utilisation généralisée des technologies radar, le concept de Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) a récemment été adapté aux applications en radiofréquences. Les premières démonstrations de faisabilité ont été réalisées en environnements intérieurs, produisant des cartes 2D basées sur des signaux rétrodiffusés aux ondes millimétriques (mmWave) ou en THz. Ces mesures permettent de fournir des données de détection, ouvrant la voie au développement de modèles complexes qui détaillent l'emplacement précis, la taille et l'orientation des objets cibles, ainsi que leurs propriétés électromagnétiques et leur composition matérielle.
Au-delà de la simple reproduction de cartes, l'intégration de la reconnaissance et du positionnement d'objets dans l'environnement peut ajouter une couche sémantique à ces applications. Bien que le SLAM sémantique ait été exploré avec des technologies basées sur des capteur vidéo, son application aux radiofréquences reste un domaine de recherche émergent nécessitant des modèles électromagnétiques précis des signatures des objets et de leurs interactions avec l'environnement. Des études récentes ont développé des modèles basés sur l'optique physique itérative et des courants équivalents pour simuler la signature multistatique en espace libre d'objets proches.
Thèse de doctorat:
L'objectif de cette thèse est d'étudier et de modéliser la rétrodiffusion des objets dans un scénario à trajets multiples, afin d'obtenir une imagerie précise et une reconnaissance des objets (y compris leurs propriétés matérielles). Le travail consistera à développer un modèle mathématique pour la rétrodiffusion des objets détectés dans l'environnement, à l'appliquer au SLAM 3D et à atteindre des objectifs de reconnaissance et de classification des objets. Ce modèle devra intégrer les effets en champ proche et en champ lointain tout en prenant en compte l'impact de l'antenne sur le canal radio global.
L'étude soutiendra la conception conjointe des systèmes d'antennes et des techniques de traitement associées (filtrage et imagerie) nécessaires à l'application.
Le doctorant fera partie du Laboratoire Antennes, Propagation et Couplage Inductif du CEA-LETI, à Grenoble (France). Il bénéficiera d'installations de pointe (sondeurs de voies, émulateur, logiciel OTA et simulateur électromagnétique).
La thèse se déroulera en partenariat avec l'Université de Bologne.
Application:
Le poste est ouvert aux étudiant.e.s exceptionnels titulaires d’un Master of Science, d’une école d’ingénieur ou équivalent. Le/la étudiant.e doit avoir une spécialisation dans le domaine des télécommunications, des micro-ondes et/ou du traitement du signal. Le dossier de candidature doit obligatoirement comprendre un CV, une lettre de motivation et les notes des deux dernières années d'études.
Conception innovante de circuit radiofréquence basée sur une approche de co-optimisation technology-système
Ce sujet de thèse adresse les deux grands défis de l’Europe d’aujourd’hui pour l’intégration des systèmes de communication du futur. Il s’agit de concevoir des circuits intégrés RF en technologie 22nm FDSOI dans les bandes de fréquences dédiées à la 6G permettant non seulement d’augmenter les débits mais aussi de réduire l’empreinte carbone des réseaux de télécommunications. En parallèle, il est primordial de réfléchir à l’évolution des technologies silicium qui permettraient d’améliorer l’efficacité énergétique et l’efficacité de ces circuits. Ce travail sera mené en apportant une réflexion sur la méthodologie de conception des systèmes radiofréquences.
Dans le cadre de la thèse, l'objectif sera décomposé en trois phases. Il faudra d’abord se doter d’outils de simulation, préfigurant les performances de la future technologie FDSOI 10nm du Leti. Une deuxième étape consistera à identifier les architectures les plus pertinentes existant dans la littérature pour les domaines applicatifs envisagés pour la technologie. Un lien avec les projets amonts en télécommunications sera systématiquement établi pour que le candidat saisisse les enjeux des systèmes.
Enfin, afin de valider les concepts développés, la conception d’un LNA et d’un VCO dans le cadre d’un projet en cours dans le laboratoire sera proposée.
Le candidat s’intégrera dans une équipe conséquente qui travaille sur les nouveaux systèmes de communication et qui aborde à la fois les aspects d’étude architecturale, de modélisation et de conception de circuits intégrés. Le candidat devra disposer de compétences sérieuses en conception de circuits intégrés et en systèmes radiofréquence ainsi qu’une bonne aptitude à travailler en équipe.
Architectures de calcul thermodynamique scalables
Les problèmes d'optimisation à grande échelle sont de plus en plus fréquents dans des secteurs tels que la finance, le développement de matériaux, la logistique et l'intelligence artificielle. Ces algorithmes sont généralement réalisés sur des solutions matérielles comprenant des CPU et de GPU. Cependant, à grande échelle, cela peut rapidement se traduire par des temps de latence, de l'énergie et des coûts financiers qui ne sont pas viables. Le calcul thermodynamique est un nouveau paradigme de calcul dans lequel des composants analogiques sont couplés dans un réseau physique. Il promet des implémentations extrêmement efficaces d'algorithmes tels que le recuit simulé, la descente de gradient stochastique et la chaîne de Markov Monte Carlo en utilisant la physique intrinsèque du système. Cependant, il n'existe pas de vision réaliste d'un calculateur thermodynamique programmable et scalable. C'est ce défi ambitieux qui sera abordé dans ce sujet de thèse. Des aspects allant du développement de macroblocs de calcul, de leur partitionnement et de leur interfaçage avec un système numérique à l'adaptation et à la compilation d'algorithmes pour le matériel thermodynamique peuvent être considérés. Un accent particulier sera mis sur la compréhension des compromis nécessaires pour maximiser la scalabilité et la programmabilité des calculateurs thermodynamiques sur des benchmarks d'optimisation à grande échelle et leur comparaison avec des implémentations sur du matériel numérique conventionnel.
Vers une plateforme d’irradiation photonique multimodale : fondements et conceptualisation
Les techniques d’irradiation photonique exploitent les interactions entre un faisceau de photons de haute énergie et la matière pour effectuer des mesures non destructives. En induisant des réactions photonucléaires, telles que l’activation photonique, les résonances de fluorescence nucléaire (NRF) et la photofission, ces techniques d’irradiation permettent de sonder la matière en profondeur. L’association de ces différentes techniques de mesure nucléaire au sein d’une plateforme d’irradiation unique permettrait une identification précise et quantitative d’une grande variété d’éléments, en sondant le volume des matériaux ou objets étudiés. Le faisceau de photons de haute énergie est généralement produit par rayonnement de freinage (phénomène de Bremsstrahlung) au sein d’une cible de conversion d’un accélérateur linéaire d’électrons. Une alternative innovante consiste à exploiter les électrons de haute énergie délivrés par une source laser-plasma, convertis par rayonnement de freinage ou par diffusion Compton inverse. Une plateforme basée sur une telle source offrirait de nouvelles possibilités, car les sources laser-plasma peuvent atteindre des énergies significativement supérieures, permettant ainsi l'accès à de nouvelles techniques et applications d'imagerie avancées. L’objectif de cette thèse est d’établir les fondements et de conceptualiser une plateforme d’irradiation photonique multimodale. Un tel dispositif viserait à se baser sur une source laser-plasma et permettrait la combinaison des techniques d’activation photonique, des résonances de fluorescence nucléaire (NRF) et de la photofission. En repoussant les limites des mesures nucléaires non destructives, cette plateforme offrirait des solutions innovantes à des défis majeurs dans des secteurs stratégiques tels que la sécurité et le contrôle aux frontières, la gestion des colis de déchets radioactifs, ainsi que l'industrie du recyclage.
Localisation et Cartographie Coopératives via des Méthodes d’Apprentissage Exploitant les Multi-trajets Radio
Dans le cadre de cette thèse, on se propose d'explorer le potentiel des méthodes d'apprentissage machine (ML) pour assurer des fonctions simultanées de localisation et de cartographie (SLAM), en s’appuyant sur des signaux multi-trajets transmis entre plusieurs dispositifs radio coopératifs. L'idée consiste à identifier certaines caractéristiques des canaux de propagation observés conjointement sur plusieurs liens radio, afin de déterminer les positions relatives des dispositifs radio mobiles, ainsi que celles d’objets passifs présents dans leur voisinage. Ces caractéristiques radio reposent typiquement sur les temps d'arrivée d‘échos multiples des signaux transmis. L'approche envisagée doit alors bénéficier de la corrélation de ces trajets multiples au gré du déplacement des dispositifs radio, ainsi que de la diversité spatiale et de la redondance d’information autorisées par la coopération entre ces mêmes dispositifs. Les solutions développées seront évaluées sur la base de mesures indoor collectées à partir des dispositifs ultra large bande intégrés, ainsi que de données synthétiques générées à l'aide d'un simulateur de type « tracer de rayons ». Des applications possibles concernent la navigation de groupe au sein d’environnements complexes et/ou inconnus (ex. flottes de drones ou de robots, pompiers...).
Contrats HW/SW pour l’analyse de robustesse aux fautes de processeurs open-source
Cette thèse se concentre sur la cybersécurité des systèmes embarqués, en particulier sur la vulnérabilité des processeurs et des programmes face aux attaques par injection de fautes. Ces attaques perturbent le fonctionnement normal des systèmes, permettant aux attaquants d'exploiter des failles pour accéder à des informations sensibles. Bien que des méthodes formelles aient été développées pour analyser la robustesse des systèmes, elles se limitent souvent à des analyses séparées du matériel et des logiciels, négligeant l'interaction entre les deux.
Le travail proposé vise à formaliser des contrats entre le matériel et le logiciel (HW/SW) spécifiquement pour l'analyse de sécurité contre les injections de fautes. En s'appuyant sur une approche de partitionnement matériel, cette recherche cherche à atténuer les problèmes de scalabilité liés à la complexité des modèles de microarchitecture. Les résultats attendus incluent le développement de techniques et d'outils permettant une vérification efficace de la sécurité des systèmes embarqués, ainsi que la création de contrats qui faciliteront l'évaluation de la conformité des implémentations matérielles et logicielles. Cette approche pourrait également réduire le temps de mise sur le marché des systèmes sécurisés.
Nouvelles méthodes d’apprentissage appliquées aux attaques par canaux auxiliaires
Les produits sécurisés grâce à des mécanismes cryptographiques embarqués peuvent être vulnérables aux attaques par canaux auxiliaires. Ces attaques se basent sur l’observation de certaines quantités physiques mesurées pendant l’activité du dispositif dont la variation provoque une fuite d’information qui peut mettre en défaut la sécurité du dispositif. Aujourd’hui ces attaques sont rendues efficaces, même en présence de contremesures spécifiques, par l’utilisation de méthodes d'apprentissage profond (deep learning). L’objectif de cette thèse est de s’approprier des techniques de l’état de l’art des méthodes d’apprentissage automatique semi-supervisé et auto-supervisé, et de les adapter au contexte des attaques par canaux auxiliaires, afin d’améliorer les performances des attaques pour lesquelles le scénario d’attaque est particulièrement défavorable. Une attention particulière pourra être donnée aux attaques contre les implémentations sécurisées d’algorithmes de cryptographie post-quantique.
Sécurisation cryptographique d’enclaves de processeurs RISC-V avec CHERI
CHERI (Capability Hardware Enhanced RISC Instructions) est une solution permettant de sécuriser le processeur contre les fuites spatiales et temporelles de mémoire en transformant tout pointeur en capacité définissant de façon claire les bornes d’accès aux données ou instructions adressées.
Dans cette thèse, nous proposons sur un processeur d’applications RISC-V d’enrichir CHERI et ses possibilités d’intégrité de flot de contrôle avec une protection des instructions allant jusqu’à leur exécution contre tout type de modifications. Dans un second temps, sur la base d’un chiffrement authentifié de la mémoire, nous étudierons la possibilité avec CHERI de définir des enclaves sécurisées permettant une isolation cryptographique entre processus. Le processeur sera modifié pour que chaque processus soit chiffré avec sa propre clé et puisse avoir un cycle de vie sûr. L’ensemble des clés devra être protégé efficacement dans le matériel.
Contact : olivier.savry@cea.fr
Optimisation topologique des performances optiques de µLED
Les performances des micro-LEDs (µLEDs) sont fondamentales pour les micro-écrans, un domaine d’excellence du laboratoire LITE au CEA-LETI. Cependant, simuler ces composants est complexe et coûteux en calculs, en raison de la nature incohérente des sources lumineuses et des géométries impliquées. Cela limite la possibilité d’explorer efficacement des espaces de conception multi-paramètres.
Cette thèse propose de développer une méthode innovante basée sur les éléments finis pour accélérer les simulations tout en rendant possible l’utilisation de l’optimisation topologique. L’objectif est de produire des designs non intuitifs maximisant les performances tout en respectant les contraintes industrielles.
Le travail se divise en deux phases :
Développer une méthode de simulation rapide et fiable, en intégrant des approximations physiques adaptées aux sources incohérentes et en réduisant les temps de calcul d’un facteur significatif.
Concevoir un cadre d’optimisation topologique robuste, intégrant des contraintes de fabricabilité, pour générer des designs immédiatement réalisables.
Les résultats attendus incluent des designs optimisés pour micro-écrans offrant des performances accrues et une méthodologie généralisable à d'autres dispositifs photoniques.