JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi. ECF

Integroitujen piirien kehitys on ottanut jatkuvasti isoja kehitysaskelia. Viivanleveys on pienentynyt ja laskentaytimet ovat kehittyneet, kun tavoitteena on ollut suurempi laskenta nopeus ja pienempi tehonkulutus. Uusimmatkaan pienen tehonkulutuksen mikro-ohjaimet eivät itse asiassa ole kovinkaan energiatehokkaita.

Yleisin tehonsäästömenetelmä on suorittaa operaatiot mahdollisimman nopeasti ja sen jälkeen käyttää mikro- ohjaimen monia ”sleep”-sammuttamismenetelmiä. Energia ja teho riippuvat kuitenkin neliöllisesti käyttöjännitteestä ja siten käyttöjännitteen lasku on tehokkain energian- ja tehon- säästömenetelmä.

Nykyiset mikro-ohjaimet toimivat alimmillaan n. 900 millivoltilla, kun suomalaisen Minima Processorin teknologia mahdollistaa jopa 300 millivoltin käyttöjännitteen ja yli 15-kertaisen energian- säästön (normaaliin 1,2 voltin käyttöjännitteeseen verrattuna).

Käyttöjännitteen lasku ei kuitenkaan ole ilmaista: suurin kellotaajuus laskee suunnilleen lineaarisesti käyttöjännitteen funktiona. Onneksi uusimmat mikro-ohjaimissa käytössä olevat puolijohdeprosessit ovat siinä määrin nopeita, että 300 millivoltilla pääsee vielä noin 10 megahertsin kellotaajuuksiin.

Uusimpien puolijohdeteknologioiden ja teknologioiden (kuten Miniman) käyttö ei kuitenkaan ole ilmaista ja siksi markkinoilta on löydyttävä käyttökohde, jolle energiahyöty on helposti muutettavissa markkinaosuudeksi. Perinteinen ”vesimittaus” ei ole tällainen, koska nämä mittarit heräävät hyvin harvoin (kerran 10 minuutissa, milloin aktiivisen ajan osuus on n. 10-5). Tällaisissa käyttökohteissa tärkeintä on sammutuksen aikana tapahtuvan vuotoenergian minimointi.

Parhaaksi käyttökohteeksi ovat osoittautuneet uusimmat in- ear- eli nappikuulokkeet, joissa on puheentunnistus (Alexa, Siri). Näiden laitteiden prosessoreita ei voi sammuttaa, koska komentosana voi tulla millä hetkellä hyvänsä (always-on - järjestelmä). Kuuntelu itsessään ei kuitenkaan ole kovin monimutkainen operaatio ja siihen kymmenisen megahertsiä riittää mainiosti.

Uusimmat in-ear -kuulokkeet ovat todella haastavia suunnittelukohteita. Pienen suorituskyvyn kuuntelun lisäksi laitteen pitää pystyä muun muassa tunnistamaan komento- sana (suhteellisen kompleksi tekoälyongelma), purkamaan musiikkitiedostoja (suhteellisen helppoa), pyörittämään Bluetooth-standardia (suhteellisen helppoa) ja tuottamaan vastamelua (vaikea ongelma, varsinkin useammalla mikrofonilla). Akun pitää mahtua korvan sisälle ja käyttöaikaa olisi hyvä olla kahdeksan tuntia. Tästä syystä huippukuulokkeissa onkin nähty jopa neljäytimisiä mikro- ohjaimia, joista jokainen ydin on kustomoitu eri käyttökohteelle. Tällaiset järjestelmät ovat tunnetusti hankalasti ohjelmoitavia. Suunnitteluvaiheen verifiointi on pitkä prosessi ja lisää suunnittelukustannuksia.

Miniman teknologia mahdollistaa kaiken tämän toiminnallisuuden toteuttamisen yhdellä tai kahdella ytimellä. Lisäksi ytimet voivat jatkuvasti toimia algoritmille optimaalisella käyttöjännitteellä (300mV kuuntelulle, 950mV tekoälylle, jne.). Tästä esimerkki nähdään ylläolevassa kuvassa. Miniman NTV-tekniikalla (Near Threshold Voltage) CPU:n käyttämää energiaa voidaan skaalata (kuvassa oikealla) sekä algoritmin yksinkertaisiin osiin että monimutkaisempiin osiin kuten kuulokkeisiin IoT-sovelluksissa.

Miniman teknologia mahdollistaa myös käyttöjännitteen reaaliaikaisen säätämisen lämpötila-, prosessi- ja jännite- varianssin mukaan. Huono piipala lämpimässä huoneessa voi vaatia 200mV enemmän jännitettä kuin keskiverto pii normaalissa huonelämpötilassa. Perinteisesti kaikki tietyn mallin ohjaimet toimisivat tällä korkealla jännitteellä ja hukkaisivat siten reilusti energiaa, mutta Miniman teknologia säätää käyttöjännitteen joka kappaleelle erikseen. Koska Miniman teknologia säästää energiaa myös korkeimmilla käyttöjännitteillä, voisi saman piinpalan ylin kellotaajuus olla 200 megahertsiä aiemman 100 megahertsin sijaan.

Vastaavia käyttökohteita löytyy paljon varsinkin tekoälyn leviämisen ja avoimen lähdekoodin RISC-V-prosessoreiden myötä. Nämä ja Miniman teknologia mahdollistavat todellisen ubiikin elektroniikan esiinmarssin.

Kirjoittaja Lauri Koskinen on Minima Processorin perustaja ja teknologiajohtaja. Kolumni on ilmestynyt uudessa ETNdigi-lehdessä. Sitä pääset lukemaan täällä.

 
 

Suomen suurin valtti kybersodassa on luottamus

Teknologia19 – Aalto-yliopiston kyberturvallisuusprofessori Jarno Limnéll uskoo, että luotettavuudesta voi tulla suomalaisten yritysten suurin myyntivaltti tulevaisuudessa. – Tärkein kysymys on tulevaisuudessa, kehen ja mihin voimme luottaa. Luottamuksesta on tulossa hyvin arvokas aineeton pääoma yrityksille, Limnéll sanoi eilen messukeskuksessa.

Lue lisää...

Korteilla vauhtia IoT-kehitykseen

Sulautetun laitteen kehitys onnistuu useimmiten helpoiten valmiiden moduulien avulla. Nykyään niitä saa myös tehokkailla Apollo Lake -sarjan prosessoreilla varustettuna.

Lue lisää...
 
 
ETN_fi Is it possible to make a phone that can withstand the usage of a teenager? Motorola seems to think so. Behold the n… https://t.co/aONCmU3fPp
ETN_fi The Finnish 5g smart pole ready to conquer the world. https://t.co/HgkORZPaa6 #5G #mmwave #luxturrim5g
ETN_fi Free webinar on FPGA testing. See more here -> https://t.co/jIt8D1yUpx
ETN_fi Finnish Sensible 4 brings their autonomous car SW to market in 2021. It is all about sensor fusion!… https://t.co/tq0vhFFgAs


Sponsors


congatec is a leading supplier of industrial computer modules using the standard form factors COM Express, Qseven and SMARC as well as single board computers and EDM services. congatec’s products can be used in a variety of industries and applications, such as industrial automation, medical, entertainment, transportation, telecommunication, test & measurement and point-of-sale.



Presentors


We offer custom, cost-effective solutions to help you fulfil your project. With our wealth of technology expertise, we can provide expert technical support and guidance at every stage of your design.



AFRY (previous ÅF Pöyry) offers customized SW, HW and mechatronics services to the embedded and industrial IoT-markets. Based on your needs we deliver requirement specification, design, implementation, manufactured product and maintenance for your intelligent and connected systems. AFRY has many years' experience in providing air-born products with high demands on quality and traceability, robust end-to-cloud solutions as well as cost-efficient end user products. We also provide expert consultants.



Exhibitors


DATA MODUL stands behind its claim as a worldwide leading supplier of professional “visual solutions” and is a reliable premier choice partner in the areas of display, touch, embedded and monitor solutions.



Kontron is a global leader in embedded computing technology (ECT). As a part of technology group S&T, Kontron offers a combined portfolio of secure hardware, middleware and services for Internet of Things (IoT) and Industry 4.0 applications. With its standard products and tailor-made solutions based on highly reliable state-of-the-art embedded technologies, Kontron provides secure and innovative applications for a variety of industries.




Rutronik has developed from a “one-man-company” into one of the worldwide leading broadline distributors, employing more than 1,600. In the electronic components market, Rutronik currently ranks 11th worldwide and is the third largest European distributor. The product range includes semiconductors, passive and electromechanical components as well as embedded boards, storage technologies, displays and wireless products.





ECF template