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:

Lue lisää uutisia

People at the campus
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

CESAER Task Force Openness of Science and Technology vierailee Aallossa

Aalto-yliopisto järjestää CESAER Task Force Openness of Science and Technologyn tapaamisen 16.–17.4.2024.
Kesäinen Otaniemen rantanäkymä, jossa Aalto-yliopiston logo ja tapahtuman nimi sekä VTT:n ja Avoimen tieteen logot.
Kampus, Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Avoimen tieteen ja tutkimuksen kesäpäivät 2024 järjestetään Aalto-yliopistossa

Aalto-yliopisto järjestää Avoimen tieteen ja tutkimuksen kesäpäivät 2024 yhdessä Avoimen tieteen ja tutkimuksen kansallisen koordinaation ja Teknologian tutkimuskeskus VTT:n kanssa.
Jukka Pekola, kuva: Riitta Supperi, Suomen Kulttuurirahasto
Palkinnot ja tunnustukset Julkaistu:

Jukka Pekolalle Suomen Kulttuurirahaston palkinto – ”kvantti kiinnostaa tiede- tai scifi-maailmaa laajemmin”

Professori Jukka Pekola saa Suomen Kulttuurirahaston palkinnon kvanttiteknologiatutkimuksen pitkäaikaisesta edistämisestä ja osallistumisesta ihmiskunnan haasteiden ratkaisemiseen.
Cone Calorimeter Testing
Tutkimus ja taide Julkaistu:

BIOSUOJA-hanke pelastaa ihmishenkiä kehittämällä biopohjaisia palonestopinnoitteita

Lahjakas ryhmä nuoria tutkijoita pyrkii tekemään puusta myrkyttömiä palonestoaineita.