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

Tuoleja ravintolatilassa, taustalla asiakaspalvelutilanne
Mediatiedotteet Julkaistu:

Uusi teknologia voi auttaa tekemään kestäviä ruokavalintoja

Lohkoketjusovellus antaa tietoa ruoan ympäristövaikutuksista ja paremman kokonaiskuvan eri valintojen merkityksestä.
A schematic showing two circular light waves coming from the left, passing through a square representing the modulator, and emerging as a single linear light beam.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Valollakin on kätisyys – ja sen hallitseminen tehostaa optista teknologiaa

Uusi optinen modulaattori on miljoonaa kertaa nykyisiä vaihtoehtoja nopeampi. Se voi parantaa optisten teknologioiden suorituskykyä monissa sovelluksissa, viestinnästä tietotekniikkaan.
Lauri Parkkonen and the family cat, Roosa. Photo: Lauri Parkkonen, Aalto, University.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Mitä koirien ja kissojen aivoissa tapahtuu? Uusi kuvantamismenetelmä selvittää lemmikkien mielen saloja

Aalto-yliopiston professori Lauri Parkkosen ryhmä on vuosia kehittänyt kvanttioptisia antureita aivomagneettikäyrän eli magnetoenkefalografian (MEG) mittaamiseen. Toisin kuin perinteisessä MEG-laitteessa, jossa hyvin kylmässä toimivat suprajohtavat anturit vaativat ympärilleen senttimetrejä paksun lämpöeristeen, nämä uudet huoneenlämpötilassa toimivat anturit voidaan tuoda suoraan pään pinnalle. Tämä mahdollistaa entistä tarkemmat aivomagneettikäyrien mittaukset. MEG-kuvantaminen on tutkittavalle kivutonta ja turvallista.
Kuvaa laitteittosta Aalto-yliopsiton Kylmälaboratoriossa.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Ikuinen liike on mahdollista – Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriossa havainnoitiin kahden fysiikan lait haastavan aikakiteen välistä vuorovaikutusta

Aikakiteet ovat aineen olomuoto, jossa hiukkaset liikkuvat ikuisesti toistuvassa rytmissä ilman ulkopuolista energiaa. Tutkijat onnistuivat luomaan Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriossa kaksi aikakidettä ja tarkkailemaan niiden välistä vuorovaikutusta. Tulevaisuudessa aikakiteitä voi hyödyntää erilaisissa laitteissa, kuten kvanttitietokoneiden muistina.