logotypen
 
 

IN FOCUS

Suojaa datasi kunnolla

SSD-levyt tarjoavat luontaisesti korkean luotettavuuden kaikentyyppisiin sovelluksiin, aina aloitustason kuluttajalaitteista kriittisiin järjestelmiin. Asianmukaiset tietosuojamekanismit voivat maksimoida levyn käyttöiän toteuttamalla ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä tarpeen mukaan, kertoo Silicon Motion artikkelissaan.

Lue lisää...

Ohjelmoitava FPGA-piiri mahdollistaa pitkälle viedyn, tehokkaan rinnakkaisen laskennan. Eniten tehoa siitä saadaan, mikäli ohjelmointi tehdään standardoidulla OpenCL-kielellä.

Artikkelin kirjoittaja tohtori Deshanand Singh toimii pääsuunnittelijana Alteran teknologiakeskuksessa Torontossa. Hän johtaa Alteran OpenCL-to-FPGA -projektia vastaten erityisesti korkean tason suunnittelutyökaluista. Niiden avulla suunnittelijat voivat kehittää sovelluksia FPGA-piireille aiempaa tuottavammin. Aiemmin Singhin tiimi tuotti optimointialgoritmeja Altera Quartus II -työkaluihin. Tohtori Singhillä on ajoitustekniikoiden (timing closure) alueelta tutkinto toronton yliopistosta. Hänellä on yli 50 patenttia ja julkaisua FPGA-tekniikassa.

Ohjelmoitavien tekniikoiden alkuaikoina oli kaksi ohjelmoitavuuden ääripäätä. Toista edusti yksiytiminen CPU tai DSP-prosessori. Näitä laitteita ohjelmoitiin ohjelmistolla, joka koostui listasta suoritettavia käskyjä. Käskyjä luotiin tavalla, joka oli ohjelmoijan näkökulmasta sarjamuotoinen. Edistynyt prosessori pystyi kyllä uudelleen järjestelemään käskyjä niin, että ajonaikana päästiin käskytasolla rinnakkaisuuteen.

Toisen ääripään ohjelmoitavuudessa muodosti FPGA. Näitä piirejä ohjelmoidaan luomalla konfiguroitavia laitetason piirejä, jotka suorittavat käskyjä täysin rinnakkain. FPGA-suunnittelija luo itse asiassa hyvin hienojakoista rinnakkaista sovellusta. Monien vuosien ajan nämä kaksi ääripäätä elivät rinnakkain ja niitä käytettiin eri sovellusalueilla. Tekniikan skaalautumisen viimeisimmät trendit ovat suosineet kuitenkin lähestymistapoja, jotka ovat sekä ohjelmoitavia että rinnakkaisia.

Toinen trendi, mihin ohjelmoitavat piirit nojasivat, oli monimutkaisen raudan tuleminen, jolla käskytason rinnakkaisuutta voitaisiin ajaa sarjamuotoisista ohjelmista. Yksiytiminen arkkitehtuuri saisi syötteenä sarjan käskyjä ja suorittaisi ne piirillä, jolla olisi monia rinnakkaisia toiminnallisia yksiköitä. Iso osa prosessoriraudasta täytyy varata rinnakkaisuuden toteamiseen dynaamisesti sarjamuotoisesta koodista. Lisäksi raudan pitää yrittää kompensoida muistin viiveitä.

Yleensä ohjelmoijat koodaavat ohjelmia ajattelematta prosessorin muistihierarkiaa, ikään kuin käytössä olisi laaja, tasainen, yhtenäisen nopea muisti. Prosessorin pitää sen sijaan tulla toimeen fyysisten rajoitusten eli korkean latenssin ja rajoitetun kaistanleveyden kanssa liitännöissä ulkoiseen muistiin. Jotta toiminnallisille yksiköille saataisiin syötettyä dataa pitää prosessorin myös spekulatiivisesti hakea ennalta (pre-fetch) ulkoisesta muistista prosessorin välimuisteihin, jotta data olisi lähempänä laskentaa. Vaikka näitä tekniikoita on paranneltu vuosikymmenien ajan, niistä saatavien hyötyjen määrä on vuosien varrella merkittävästi vähentynyt.



Kuva 1. Ohjelmoitavien ja rinnakkaisten tekniikoiden viimeaikaiset trendit.

Kun näiden kahden trendin tuomat hyödyt ovat vähentyneet perinteisissä prosessoriarkkitehtuureissa, on ohjelmoitavien laitteiden kirjo nopeasti kehittynyt, kuten kuvasta 1 näkyy. Painopiste on siirtymässä käskytason rinnakkaisuuden automaattisesta suorittamisesta ajonaikana siihen, että säietason rinnakkaisuus määritellään koodatessa. Tarjolle on tullut hyvin pitkälle rinnakkaisia moniydinprosessoreita, joissa on enemmän yksinkertaisia suorittimia ja laskentaan on varattu enemmän transistoreja kuin välimuistiin lukemiseen ja rinnakkaisuuden määrittämiseen. Nämä piirit vaihtelevat 2,4 tai 8 ytimen mikroprosessoreista grafiikkasuorittimiin, joissa sadat yksinkertaiset ytimet on optimoitu rinnakkaisen datan laskentaan. Korkean suorituskyvyn saavuttamiseksi näissä moniydinpiireissä ohjelmoijan on eksplisiittisesti koodattava sovelluksessa rinnakkaisena. Jokaiselle ytimelle pitää osoittaa tehtävä niin, että kaikki ytimet voivat yhdessä toteuttaa halutun laskentatehtävän. Juuri tätä FPGA-suunnittelijoiden pitää tehdä luodessaan korkean tason järjestelmäarkkitehtuureita.

OpenCL - alustariippumaton standardi

Tähän moniydinprosessorien vaatimien rinnakkaisten ohjelmien luomisen tarpeeseen kehitettiin OpenCL (Open Computing Language) -ohjelmointikieli tarkoituksena luoda alustariippumaton rinnakkaisen ohjelmoinnin standardi. OpenCL tuo mahdollisuuden kuvailla rinnakkaisia algoritmeja, joita voidaan toteuttaa FPGA-piireillä, paljon korkeammalla abstraktiotasolla kuin laitekuvauskielillä kuten VHDL tai Verilog. Vaikka tarjolla on useita korkean tason synteesityökaluja, joilla tämä korkean tason abstraktio saavutetaan, ne kaikki ovat kärsineet samasta perusongelmasta. Nämä työkalut yrittävät luoda sarjamuotoisesta C-ohjelmasta rinnakkaisen HDL-toteutuksen. Ongelma ei ole niinkään HDL-toteutus kuin säietason rinnakkaisuuden määritteleminen, jonka myötä FPGA-toteutus voisi saavuttaa paremman suorituskyvyn.

Kun FPGA on rinnakkaisuuden kirjon äärimmäisin esimerkki, epäonnistuminen maksimaalisen rinnakkaisuuden löytämisessä johtaa suurempiin vaikutuksiin kuin muissa piireissä. OpenCL-standardi ratkaisee monet näistä ongelmista antamalla suunnittelijan täsmällisesti määritellä ja kontrolloida rinnakkaisuutta. OpenCL-standardi vastaa luonnollisemmin FPGA-piirien pitkälle rinnakkaista luonnetta kuin C-kielessä kuvatut sarjamuotoiset ohjelmat.

OpenCL-sovellukset koostuvat kahdesta osasta. OpenCL-isäntäohjelma on puhdas standardilla C/C++-kielellä kirjoitettu ohjelmistorutiini, joka toimii millä tahansa mikroprosessorilla. Tämä prosessori voi olla esimerkiksi ohjelmistopohjainen prosessori FPGA-piirillä, kovakoodattu ARM-prosessori tai ulkoinen x86-prosessori.

Jossakin vaiheessa tämän isäntärutiinin ajoa tulee todennäköisesti vastaan toiminto, joka on laskennallisesti vaativa ja joka voi hyötyä pitkälle rinnakkaisesti kiihdytyksestä rinnakkaisemmalla piirillä: CPU:lla, grafiikkaprosessorilla, FPGA-piirillä, jne. Tähän kiihdytettävään toimintoon viitataan OpenCL-ytimenä (kernel). Nämä ytimet kirjoitetaan standardilla C:llä, mutta niihin lisätään huomautuksia rakenteista, joilla yksilöidään rinnakkaisuus ja muistihierarkia. Kuvassa 2 näkyvä esimerkki suorittaa kahden lausekkeen - a ja b - vektorilisäyksen. Tulos kirjoitetaan takaisin lähtölausekkeena (output).

Rinnakkaiset säikeet operoivat vektorin kahta elementtiä. Tämän ansiosta tulos saadaan paljon nopeammin, kun sen laskentaa kiihdytetään piirillä, joka tarjoaa massiivisesti rinnakkaisuutta kuten esimerkiksi FPGA. Isäntäohjelmalla on pääsy standardeihin OpenCL-rajapintoihin, joiden kautta data voidaan siirtää FPGA-piirille. käynnistää kernel FPGA-piirillä ja välittää laskennan tulos takaisin.



Kuva 2. Esimerkki OpenCL-toteutuksesta FPGA-piirillä.

FPGA-piirillä kernel- eli ydintoiminnot voidaan muuntaa dedikoiduiksi ja tiukasti liukuhihnoitetuksi laitteistoksi, jotka ovat luonnostaan monisäikeisiä ja liukuhihnan rinnakkaisuutta hyödyntäviä. Jokainen näistä liukuhihnoista voidaan toistaa useita kertoja, jolloin päästään vielä suurempaan rinnakkaisuuteen kuin yhdellä liukuhihnalla.

OpenCL-standardin käytön edut FPGA-piirillä

Suunnittelujen luominen FPGA-piirille OpenCL-kuvauksella tuo useita etuja perinteiseen HDL-pohjaiseen metodologiaan verrattuna. Ohjelmoitavien laitteiden kehitys tapahtuu tyypillisesti niin, että ensin saadaan idea, sitten koodataan algoritmi korkean tason kielellä kuten C:llä, ja sen jälkeen luodaan käskysarja automaattisella kääntäjällä. Alteran OpenCL-ympäristössä OpenCL-sovelluksia voidaan toteuttaa FPGA:lla helposti. Tämä on esitetty kuvassa 3.



Kuva 3: Yleiskuva Alteran OpenCL-kehitysympäristöstä.

Tätä lähestymistapaa voidaan verrata perinteiseen FPGA-pohjaiseen suunnitteluun, joka edellyttää sitä, että suunnittelija luo jaksokohtaiset (cycle-by-cycle) laitteistokuvaukset raudasta, jolla algoritmi toteutetaan. Perinteinen vuo pitää sisällään datapolkujen luomisen, tilakoneen (state machine) näiden datapolkujen kontrollointiin, liitännän alemman tason IP-ytimiin järjestelmätyökaluilla, ja ajoitusongelmista huolehtimisen, koska ulkoiset liitännät tuovat rajoituksia, joihin täytyy mukautua. Alteran OpenCL-kehitysympäristö tekee kaikki nämä tehtävät automaattisesti suunnittelijan puolesta, joten suunnittelija voi keskittyä määrittelemään algoritmiaan sen sijaan että kuluttaisi aikaansa raudan yksityiskohtien viimeistelyyn. Tällä menetelmällä suunnittelija voi helposti viedä suunnittelunsa uusille FPGA-piireille, jotka tuovat paremman suorituskyvyn ja enemmän kapasiteettia, koska OpenCL-käännin muuntaan korkean tason kuvaukset liukuhihnoiksi, jotka hyödyntävät uutta FPGA-rakennetta.

OpenCL-standardin hyödyntäminen FPGA-piirillä voi tuoda merkittävästi paremman suorituskyvyn selvästi pienemmällä tehonkulutuksella, kuin mihin tämän hetken rauta-arkkitehtuureilla (CPU, GPU, jne.) päästään. Lisäksi OpenCL-standardia hyödyntävällä heterogeenisella FPGA-järjestelmällä (CPU + FPGA) on mahdollista viedä tuote markkinoille selvästi nopeammin kuin perinteisessä FPGA-suunnittelussa, jossa käytetään alemman tason laitekuvauskieliä kuten Verilogia tai VHDL:ää.

MORE NEWS

Raipe vienyt tekoälyä 6-0

Digian tekoäly on yrittänyt datan perusteella ennustaa Liigan voittajaa lähes ifk-maisella menestyksellä. Nyt Digia myöntää, että SaiPa on Raimo Helmisen luotsaamana yllättänyt niin tekoälyn kuin koko jääkiekkoyleisön. SaiPan mestaruuteen tekoäly ei vieläkään usko, vaan povaa mestariksi KalPaa.

Sähköauton akku lähes täyteen 18 minuutissa

Autoteollisuus otti merkittävän askeleen kohti seuraavan sukupolven sähköajoneuvoja, kun Stellantis ja Factorial Energy julkistivat onnistuneen validoinnin uudelle kiinteän elektrlyytin FEST-akkuteknologialle. Uudet 77Ah-akut tarjoavat 375 Wh/kg energiatiheyden ja mahdollistavat akun lataamisen täyteen vain 18 minuutissa.

TSMC: CPU-sirut 1,4 nanometriin, RF-piirit neljään nanometriin

TSMC esitteli Pohjois-Amerikan teknologiaseminaarissaan seuraavan sukupolven A14-prosessinsa, joka vie prosessoritekniikan uudelle 1,4 nanometrin aikakaudelle. Samalla yhtiö julkisti myös uuden N4C RF -prosessin, joka tuo neljän nanometrin valmistustekniikan radioyhteyksiä hyödyntäviin siruihin.

6G-läpimurto: PET-ikkunakalvo päästää kaikki millimetriaallot läpi

Elektroniikan ja tietoliikenteen tutkimuslaitos ETRI Koreassa on kehittänyt uudenlaisen läpikuultavan PET-pohjaisen ikkunakalvon, joka voi mullistaa sisätilojen 5G- ja tulevan 6G-verkon kuuluvuuden. Kalvo päästää lävitseen millimetriaallot (mmWave) tehokkaasti ja ohjaa niitä tarkasti – täysin passiivisesti, ilman sähköä tai vahvistimia.

Pieni poweri syöttää tiukasti säädeltyä tehoa tekoälykameralle

Tekoälyn siirtyessä yhä enemmän "reunalle" – eli laitteisiin, jotka suorittavat paikallista laskentaa ilman pilviyhteyttä – myös tehonhallinnan vaatimukset kasvavat. Uusi Microchipin MCPF1412 on suunniteltu vastaamaan tähän tarpeeseen: kyseessä on täysintegroitu buck-muunnin, joka pystyy syöttämään jopa 12 ampeeria virtaa erittäin kompaktissa koossa.

Nopeampi DisplayPort tulee – Rohde takaa toiminnan

Näyttöteknologian kehitys ottaa jälleen ison harppauksen eteenpäin, kun DisplayPort 2.1 -väylä yleistyy markkinoilla. Uusin versio nostaa siirtonopeudet uudelle tasolle. Jopa 80 Gbps mahdollistaa korkeita resoluutioita ja virkistystaajuuksia, kuten 8K-ruudun 165 hertsin taajuudella ilman pakkausta tai jopa 16K-tasoisen videon 60 ruudun sekuntinopeudella.

CompactPCI-sarjaliitännän nopeus kasvoi kaksinkertaiseksi

PICMG-järjestö on julkaissut CompactPCI Serial -standardin kolmannen version, joka tuplaa liitännän nopeuden ja kaistanleveyden. Näin väylä tuo entistä parempaa suorituskykyä vaativiin teollisiin sovelluksiin.

Elisan 5G kiihtyy 2 gigabittiin, mutta se on vielä vain harvojen herkkua

Elisa laajensi eilen 5.5G-liittymien saatavuutta koko maassa, mutta supernopeiden yhteyksien todellinen hyöty jää toistaiseksi rajatulle joukolle. Syynä ovat rajoittunut alueellinen kattavuus ja harvat yhteensopivat päätelaitteet.

NIS2 on nyt täällä

Uusi NIS2-direktiivi tuo mukanaan tiukentuneet velvoitteet erityisesti kyberturvallisuuden raportointiin. - Isoimmat toimijat ovat varmasti hyvin varautuneet, mutta pienemmillä riittää tekemistä, arvioi Into Securityn toimitusjohtaja Niki Klaus, kun direktiivi astui virallisesti voimaan Suomessa.

DigiKeyn alkuvuosi: lähes satatuhatta uutta tuotetta

Elektroniikan komponenttien jakelija DigiKey on käynnistänyt vuoden 2025 vauhdikkaasti lisäämällä valikoimaansa 104 uutta toimittajaa ja peräti 98 320 uutta tuotetta vuoden ensimmäisellä neljänneksellä.

Nokialle tärkeä jatko T-Mobilen 5G-toimittajana

Nokia ja T-Mobile US ovat solmineet uuden monivuotisen strategisen kumppanuuden jatkosopimuksen, jolla vahvistetaan T-Mobilen 5G-verkon kattavuutta ja kapasiteettia koko Yhdysvalloissa. Sopimus on Nokialle merkittävä päänavaus jatkossa 5G-toimittajana maailman suurimpiin kuuluvan operaattorin rinnalla.

Nyt se tapahtui – kiinteistä verkoista tuli Nokian suurin ryhmä

Nokian uusi toimitusjohtaja Justin Hotard on ollut yhtiön ruorissa vasta muutaman viikon ajan ja nyt hän esitteli ensimmäisen osavuosikatsauksensa. Ehkä osuvasti ensimmäistä kertaa Nokian kiinteiden verkkojen liiketoiminta eli verkkoinfrastruktuuri ohitti liikevaihdossa mobiiliverkot. Tämä heijastaa Nokian muuttuvaa fokusta.

Nyt voit kehittää tarkasti paikantavia Bluetooth-laitteita

Bluetooth-teknologia on ottanut merkittävän askeleen eteenpäin uuden version myötä, ja nyt myös kehittäjillä on entistä paremmat työkalut hyödyntää sen mahdollisuuksia. Bluetooth Special Interest Group (SIG) on julkaissut Bluetooth Core Specification -version 6.0, joka tuo mukanaan useita uusia ominaisuuksia – niistä kenties kiinnostavin on kanavan kuulostelu (Channel Sounding).

Ilmainen seminaari kalibroinnin perusteista

Rohde & Schwarz järjestää maksuttoman puolen päivän seminaarin, joka pureutuu mittaus- ja testauslaitteiden kalibroinnin perusteisiin. Tapahtuma on suunnattu kaikille, jotka työskentelevät kalibroinnin parissa tai haluavat syventää osaamistaan aiheesta – riippumatta käytössä olevasta laitevalmistajasta.

Sähköautojen latauslaitteiden myynti piristyi

Sähköauton latauslaitteiden myynti kasvoi alkuvuonna 9,2 prosenttia verrattuna edellisvuoden vastaavaan aikaan, kertoo Sähköteknisen Kaupan Liitto (STK). Tammi–maaliskuussa myytiin yhteensä 6156 kiinteistöihin asennettavaa latauslaitetta.

DNA pärjäsi parhaiten Ooklan 5G-vertailussa

DNA on noussut selkeäksi voittajaksi Ooklan tuoreessa 5G-verkkojen vertailussa Suomessa. Speedtest Intelligence -datan perusteella DNA oli vuoden 2024 jälkimmäisellä puoliskolla nopein mobiilioperaattori Suomessa – sekä kokonaisuudessaan että erityisesti 5G-teknologiassa.

5G-yksityisverkko voi nyt ulottua usean operaattorin verkkoon

Vodafone, A1 Group ja Ericsson ovat tehneet historiaa muodostamalla maailman ensimmäisen 5G Standalone (SA) -roaming-yhteyden kahden eri operaattoriryhmän välillä. Uraauurtava tekninen saavutus mahdollistaa nyt myös yksityisten 5G-verkkojen laajentamisen usean operaattorin ja maan yli.

Renesas helpottaa siirtymistä 32-bittisiin

Renesas on julkaissut uuden RA0E2-mikro-ohjainsarjan, joka tekee siirtymästä 8- ja 16-bittisistä ohjaimista tehokkaampiin 32-bittisiin ratkaisuihin entistä sujuvampaa – ilman kustannusten tai suunnittelutyön merkittävää kasvua.

Rekoistakin pitää tulla hiilivapaita

Maantiekuljetukset ovat elintärkeitä talouselämälle. Kuorma-autoilla kuljetetaan ruokaa, tarvikkeita, materiaaleja ja monia muita tavaroita mihin tahansa paikkaan. Vaikka keskiraskaiden ja raskaiden kuorma-autojen osuus maailman ajoneuvoista on vain neljä prosenttia, niiden osuus tieliikenteen hiilidioksidipäästöistä on 40 prosenttia, tehden niistä kasvihuonekaasupäästöjen päälähteen, joka on otettava huomioon pyrittäessä kohti hiilivapautta.

Nyt se tapahtui – Nvidia nousi suurimmaksi puolijohdetaloksi

Nvidia on noussut maailman suurimmaksi puolijohdeyritykseksi, ohittaen sekä Samsungin että pitkään kärkeä hallinneen Intelin. Gartnerin tuoreiden lukujen mukaan Nvidian liikevaihto kasvoi peräti 120 % vuodessa ja nousi 76,7 miljardiin dollariin. Markkinaosuus kohosi 11,7 prosenttiin.

Rekoistakin pitää tulla hiilivapaita

Maantiekuljetukset ovat elintärkeitä talouselämälle. Kuorma-autoilla kuljetetaan ruokaa, tarvikkeita, materiaaleja ja monia muita tavaroita mihin tahansa paikkaan. Vaikka keskiraskaiden ja raskaiden kuorma-autojen osuus maailman ajoneuvoista on vain neljä prosenttia, niiden osuus tieliikenteen hiilidioksidipäästöistä on 40 prosenttia, tehden niistä kasvihuonekaasupäästöjen päälähteen, joka on otettava huomioon pyrittäessä kohti hiilivapautta.

Lue lisää...

Kovaa käyttöä kestävät koneet voi ostaa palveluna

Kenttätyö vaatii kovia koneita – ja nyt ne saa palveluna. Panasonicin uusi Toughbook Mobile-IT As-A-Service (MaaS) -ratkaisu mullistaa tavan, jolla liikkuvaa työtä tukevat laitteet ja IT-palvelut hankitaan ja hallitaan. Ei enää isoja kertahankintoja, pitkiä IT-projekteja tai laitteiden elinkaaren miettimistä – nyt saat kaiken tarvittavan helposti ja kuukausimaksulla.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
R&S -seminaari: 6G
Oulussa 13.5.2025 (rekisteröidy)
Espoossa 14.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Calibration
Tampereella 22.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Aerospace & Defence Testing
Tampereella 5.6.2025. Tiedustelut asiakaspalvelu@rohde-schwarz.com
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 
 
article