Tampereella on nyt kolme vuotta kehitetty omia järjestelmäpiirejä SoC Hub -hankkeessa. Konsortion kolmas, huikeat 330 miljoonaa transistoria sisältävä järjestelmäpiiri on nyt lähetetty tuotantoon. Kunnianhimoinen piirikehitystavoite on saavutettu, mutta SoC Hubin työ jatkuu ja neljännen järjestelmäpiirin suunnittelu on jo käynnissä.

Työ alkoi vuonna 2020 käytännössä puhtaalta pöydältä. - Projektille luotiin tarvittava infrastruktuuri, suunnitteluvuo ja sopimusympäristö sekä itse piirialusta. Uuden piirin kehittäminen vuosittain ei ole helppo tehtävä, mutta voimme ylpeänä nyt todeta onnistuneemme siinä, kertoo tietotekniikan professori Timo Hämäläinen Tampereen yliopistosta.

Vastikään TSMC:lle tuotantoon lähetetty Headsail-järjestelmäpiiri on tähänastisista kaikkein monimutkaisin. Se sisältää 330 miljoonaa transistoria sekä muun muassa neliytimisen 64-bittisen RISC-V-alijärjestelmän ja tekoälykiihdyttimen. Piirin kompleksisuus on jopa ennennäkemätöntä avoimeen lähdekoodiin perustuvassa akateemisessa piirissä, joka yltää laadultaan myös kaupalliselle tasolle.

- Piirikehitystyö on ollut hyvin nopeaa. Suunnittelutyön nopeus ja ketterät menetelmät olivatkin tämän projektin keskiössä, ja onnistuimme Headsailin kompleksisuudesta huolimatta suunnittelemaan sen nopeammin kuin aiemmat piirimme, kertoo projektipäällikkö ja piiriarkkitehti Antti Rautakoura Tampereen yliopistosta.

Hänen mukaansa suunnittelutyötä nopeutti uudenlainen IP-XACT-pohjainen automaatiotyökalu. - Tämä on kolmivuotisen yhteistoiminnan ja kovan työn tulos, ja asiantuntijuus ja osaaminen ovat kasvaneet paljon näiden vuosien aikana. Meillä on nyt vankka tietotaito tämänkaltaisten monimutkaisten järjestelmäpiirien suunnitteluun ja olemme myös panostaneet kriittiseen sekasignaali-IP:n kehittämiseen, Rautakoura sanoo.

Olennainen osa projektia oli kaikissa piireissä käytettävän piirialustan kehittäminen. Tähän mennessä tehtyjen kolmen järjestelmäpiirin jälkeen SoC Hubin huomio suuntautuu sovelluksiin, jotka jatkossa määrittävät enemmän piirikehityksen suuntaa.

Kuten aiempienkin piirien kanssa, projektitiimi toteuttaa Headsailin niin kutsutun wake-upin eli piirin herättämisen sen saapuessa tuotannosta. Samaan aikaan jatketaan seuraavan järjestelmäpiirin suunnittelutyötä.

Tampereen yliopiston lisäksi projektissa ovat olleet partnereina Nokia, CoreHW, VLSI Solution, TTTEch Flexibilis, Procemex, Wapice ja Cargotec. Pohjimmiltaan SoC Hub on järjestelmäpiirisuunnittelun ekosysteemi, johon sisältyy useita eri projekteja.

- Päätavoitteemme on jatkaa järjestelmäpiirien suunnittelua ja seuraavaksi tähdätä 12 ja 7 nanometrin teknologioihin. Tämä projekti on tähän mennessä tarjonnut korvaamattomia oppimismahdollisuuksia paitsi yrityksille myös yksittäisille asiantuntijoille. Haluamme laajentaa yhteistyömallia konsortion ulkopuolelle myös muihin projekteihin, kertoo Ari Kulmala, järjestelmäpiirisuunnittelun työelämäprofessori Tampereen yliopistosta.

SoC-ekosysteemin laajentaminen on tärkeää myös Euroopan Unionin Chips Act -aloitteen kannalta. Tampereen yliopisto on tiiviisti mukana suunnittelemassa järjestelmäpiirien suunnittelun huippukeskusta Suomeen.

Tampereella myös järjestelmäpiirisuunnittelun koulutuksen vahvistamiseen keskitytään entistäkin enemmän. Tampereen yliopisto aloittaa uuden järjestelmäpiirisuunnittelun maisteriopintokokonaisuuden syksyllä 2024. Opiskelijat kehittävät tuotantovalmiita piirejä ja toteuttavat niiden käyttöönoton tiimiprojekteina. Opiskelijat oppivat käytännönläheisesti SoC-kehitysprosessin alusta loppuun. Mukana on myös tamperelaisia yrityksiä.