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. Koodi löytyy Githubista.
Opiskelijoiden työtä ohjannut ja Berkeleyssa itsekin työskennellyt vanhempi yliopistonlehtori Marko Kosunen kehuu, että prosessorikoodin koodasi neljän teekkarin porukka kesän aikana. - Nyt prosessori on siinä vaiheessa, että sitä voisi ryhtyä valmistamaan.
Koodista vastanneet Julius Helander, Leo Uusimäki ja Otto Simola kutsuvat prosessorin koodausta ”mainioksi kesätyöksi”. 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.
Tällä hetkellä maailman tarvitsemien mikroprosessorien suunnittelu ja valmistus on tukevasti suurten amerikkalaisten ja aasialaisjättien hallussa. Prosessorit ovat pääosin suljettuja ja patentoituja järjestelmiä, mikä tarkoittaa, ettei niitä ostavilla ja käyttävillä yrityksillä ole mahdollisuutta tehdä niihin muutoksia.
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.
Marko 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 avoimella RISC-V-prosessorilla voidaan ohjata mitä tahansa.
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.
Kyse on Suomen ja Euroopan mikroelektroniikan osaamisen kohtalonkysymyksestä. - Ilman omaa suunnitteluosaamista olemme sen armoilla, mitä Yhdysvaltojen ja Taiwanin mikroelektroniikan valmistajat meille tarjoavat, Ryynänen päättää.
Kuva: Niina Norjamäki
