Uutiset

Opiskelijat koodasivat avoimen mikroprosessorin, jolla yritykset voivat tehdä mitä haluavat

Uusi prosessori soveltuu esimerkiksi 6G-lähetinvastaanottimiin ja salausteknologiaan. Hanke houkuttelee nuoria opiskelemaan mikroelektroniikkaa, jonka osaajista on Suomessa huutava pula.
Eturivissä opiskelijat Otto Simola, Verneri Hirvonen ja Julius Helander. Takarivissä professori Jussi Ryynänen ja vanhempi yliopistonlehtori Marko Kosunen. Kuva: Niina Norjamäki
Eturivissä opiskelijat Otto Simola, Verneri Hirvonen ja Julius Helander. Takarivissä professori Jussi Ryynänen ja vanhempi yliopistonlehtori Marko Kosunen. Kuva: Niina Norjamäki

Syyskuussa Euroopan komission puheenjohtaja Ursula von der Leyen vaatii Euroopalta toimia Euroopan puolijohdeteollisuuden vahvistamiseksi. Puolijohteita ovat muun muassa mikroprosessorit, joita tarvitaan nykyään lähes kaikessa tekniikassa kaukosäätimistä autoihin ja lentokoneisiin.

Ryhmä Aalto-yliopiston mikroelektroniikan opiskelijoita toteutti jo kesällä RISC-V -mikroprosessorin laitteistokuvauksen ja on nyt julkaissut sen avoimesti verkossa. Työ perustuu Berkeleyn yliopistossa kehitettyyn avoimeen RISC-V-prosessoriarkkitehtuuriin, kertoo Berkeleyssa itsekin työskennellyt, opiskelijoiden työtä ohjannut vanhempi yliopistonlehtori Marko Kosunen.

”Neljän teekkarin porukka koodasi sen kesän aikana. Nyt prosessori on siinä vaiheessa, että sitä voisi ryhtyä valmistamaan.”

Prosessorin koodaus ja verifiointi oli mainio kesätyö, kertovat Julius Helander, Leo Uusimäki ja Otto Simola.

“Vaikea kuvitella parempaa: konkreettista suunnittelua, ja koodi jää vielä elämään tulevaisuudessa projektin osana.”

Samaa mieltä on aiheesta kandidaatintyönkin tehnyt Verneri Hirvonen.

“Prosessorin kehitystyö ja sen verifiointiympäristön rakentaminen antoivat mahdollisuuden konkreettisesti hyödyntää opiskelujen alkuvaiheessa hankittuja taitoja ohjelmoinnista ja elektroniikasta.”

Suljetusta avoimeen

Nokian matkapuhelimien nousu 1990-luvulla perustui vahvaan mikroelektroniikan osaamiseen, jota rakennettiin muun muassa TKK:n piiritekniikan laboratoriossa. Vaikka mikroelektroniikan ja prosessorien – ja myöhemmin puhelinten – valmistuksesta luovuttiin, Suomeen jäi paljon alaan liittyvää osaamista. 

Tällä hetkellä maailman tarvitsemien mikroprosessorien suunnittelu ja valmistus on tukevasti suurten yhdysvaltalais- ja aasialaisjättien hallussa. Prosessorit ovat pääosin suljettuja ja patentoituja järjestelmiä, mikä tarkoittaa, ettei niitä ostavilla ja käyttävillä yrityksillä ole mahdollisuutta tehdä niihin muutoksia.

”Jos joku niin päättää tehdä ja vielä onnistuukin siinä, rikkoo todennäköisesti patenttia ja lisenssiä, ja vastaa siitä oikeudessa”, Kosunen sanoo.

Mikroprosessorin toimintaa ohjaa käskykantakuvaus. Se on tekninen dokumentti, joka määrittelee, miten mikroprosessorin tulee reagoida sille välitettyihin komentoihin.

Intelin ja ARM:n kaltaisten suurten valmistajien käskykannat ovat salattuja. Aallon opiskelijoiden koodaaman RISC-V käskykanta on avoin, kaikkien saatavilla ja suunniteltu muokattavaksi ja laajennettavaksi omiin tarpeisiin.

Kosunen korostaa, että kyseessä on vasta yhden ytimen prosessori. Esimerkiksi tekoälysovelluksissa ytimiä voi olla kymmenistä satoihin. Avoimen prosessorin etu on kuitenkin muokkautuvuus, jonka ansiosta Aallonkin prosessori voisi toimia hyvin erilaisissa ympäristöissä. 

”Salausalgoritmien ja signaalinkäsittelyn kiihdyttimet, verkkolaitteet, 6G- ja sen jälkeen 7G-lähetinvastaanottimet”, Kosunen luettelee.

”Periaatteessa sillä voidaan ohjata mitä tahansa.”

Kova tarve teollisuudessa

Idea oman mikroprosessorin suunnittelusta heräsi puolitoista vuotta sitten mikroelektroniikkasuunnittelun professorin Jussi Ryynäsen ja Nokian edustajien tapaamisessa. Esiin nousi kasvava tarve prosessorisuunnittelun osaamiselle sekä kiinnostus avoimen ympäristön prosessorikehitykseen.
Nokian lisäksi hankkeessa ovat mukana Saab, CoreHW, Xiphera sekä Minima Processor, ja sitä rahoittaa myös Business Finland.

”Meidän tavoitteemme on kouluttaa Suomen parhaita mikroelektroniikan analogia- digitaali- ja sekamuotojärjestelmien suunnittelijoita ja sisällyttää prosessorisuunnittelu osaksi mikroelektroniikan tohtorikoulutusta”, Ryynänen sanoo ja painottaa, että kyseessä on Suomelle ja Euroopalle strateginen ala.

”Ilman omaa suunnitteluosaamista olemme sen armoilla, mitä Yhdysvaltojen ja Taiwanin mikroelektroniikka valmistajat meille tarjoavat.”

Lisätietoa:

Professori Jussi Ryynänen, Aalto-yliopisto
puh. 050 384 1720
[email protected]

Vanhempi yliopistonlehtori Marko Kosunen
puh. 050 375 1711
[email protected]

Aallon opiskelijoiden laitteistokuvaus on kuin mikroprosessorin ohjelmallinen valmistusohje, jota yritykset tai muut käyttäjät voivat halutessaan muokata omiin tarpeisiinsa ja valmistaa sitten itse tai antaa valmistuksen muiden käsin. Lähdekoodiin versionhallinta osoitteessa https://gitlab.com/a-core. Kuva: Niina Norjamäki
Kuva: Niina Norjamäki

Aallon opiskelijoiden laitteistokuvaus on kuin mikroprosessorin ohjelmallinen valmistusohje, jota yritykset tai muut käyttäjät voivat halutessaan muokata omiin tarpeisiinsa ja valmistaa sitten itse tai antaa valmistuksen muiden käsin.
Lähdekoodiin versionhallinta osoitteessa https://gitlab.com/a-core.

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Image depicts a white wall with the words IV Konehuone OLO sprayed on it in red, referring that the engine room for AC is that way.
Kampus, Mediatiedotteet, Yliopisto Julkaistu:

Aalto-yliopisto julkistaa kilpailut rakenteilla olevan korttelin taideteoksista

Kilpailuilla haetaan teoksia rakenteilla olevaan Aalto Works -kortteliin.
Elisa Mekler
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Merkittävä EU-rahoitus Aaltoon – uusi projekti valjastaa psykologian teoriat pelikehityksen hyödyksi

Psykologian tutkimus tarjoaa pelikehittäjille arvokasta tietoa pelaamisen motivaatiosta ja vaikutuksista – jos tutkimusta osataan hyödyntää oikein.
Nanolaser kytkettynä päälle (ylhäällä) ja pois päältä (alhaalla) ulkoisen magneettikentän avulla.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Fyysikot oppivat hallitsemaan nanolasereita etäältä magneettikentän avulla

Ilmiön salaisuus on poikkeuksellisessa materiaalissa ja sopivasti järjestetyissä nanopartikkeleissa. Tutkimus voi osoittaa tien kohti ennennäkemättömän vakaata signaalinkäsittelyä.

The apparatus consisted of a micron-scale aluminium superconductor separated from a normal conductor – metallic copper – by a thin insulating layer. When Cooper pairs in the superconductor broke, the quasiparticles would tunnel through the insulation to the copper, where the researchers observed them with a charge detector. Picture: Aalto University.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkijat todistivat kvanttitietokonetta häiritsevien kvasihiukkasten katoamisen

Aalto-yliopiston tutkijat havainnoivat yhdessä Lundin yliopiston ja VTT:n tutkijoiden kanssa reaaliaikaisesti pienellä alumiinisaarekkeella olevien kvasihiukkasten määrää. Tutkijat pystyivät varausilmaisimen avulla tarkkailemaan, miten Cooperin parien hajoamisesta syntyvät parittomat elektronit tunneloituivat eli karkasivat yksi kerrallaan pois alumiinisaarekkeelta noin sadan mikrosekunnin kuluessa.