Nokia on globaali teknologiayritys, joka toimii yli 130 maassa ja jonka liikevaihto vuonna 2022 oli yli 24,9 miljardia dollaria. Nokia toimittaa kriittisiä verkkoja teknologiajohtajuuden ja luotettujen kumppanuuksien avulla vastatakseen joihinkin maailman vaikeimpiin haasteisiin, kuten ilmastonmuutos, digitaalinen kahtiajako ja tuottavuuden kasvun pysähtyminen

Nokia yhdistää radiotutkimuksen, tuotekehityksen ja valmistuksen saman katon alle ainutlaatuisella tavalla Oulun toimipisteessään, jota kutsutaan myös ”radion kodiksi”. Oulu on itse asiassa yksi johtavista radiotekniikan tutkimuksen keskittymistä maailmassa. Toimipiste hyötyy ympäröivästä teollisuuden ekosysteemistä ja tekee aktiivista yhteistyötä Oulun yliopiston kanssa 5G- ja 6G-tutkimuksessa.

Nokia suunnittelee Oulun toimipisteessään kokonaisia radiojärjestelmiä. Nokian tuotteet voivat koostua monikorttijärjestelmistä ja yksi piirikortti voi koostua yli 15 000 komponentista. Yritys etsii jatkuvasti tapoja parantaa suunnitteluprosessejaan tässä monimutkaisessa ympäristössä.

Yksi Nokian monimutkaisimmista haasteista oli erilaisten toimintojen ja erilaisten teknologioiden (digitaalinen, RF, analogia-sekasignaali) integrointi pienikoisille yhden piirikortin järjestelmille.

Oikean ratkaisun löytäminen

Nokian työnkulku kattaa useita tiimejä ja useita toimialueita, mikä lisää samanaikaisen tai rinnakkaisen suunnittelun ja yhteistyön merkitystä useiden suunnittelualojen välillä aina suunnittelusta valmistukseen.

Nokia halusi nopeuttaa suunnittelun sujuvuutta ja tehostaa suunnittelun fyysistä uudelleenkäyttöä, joten se kääntyi Siemens EDA:n puoleen, jonka työkaluja se oli käyttänyt jo aiemmin. Tunnistettujen vaatimusten perusteella Siemens EDA lisäsi uusia menetelmiä Xpedition Enterprise -ohjelmistoonsa.

Xpeditionin avulla Nokian elektroniikkasuunnittelutiimit voivat hyödyntää paremmin samanaikaista suunnittelua ja olemassa olevien suunnittelujen uudelleenkäyttöä uusissa tuotteissa optimoidun komponenttien hallinnan avulla. Xpedition auttoi myös parantamaan prosessien automatisointia sekä suunnittelun todentamisen tarkkuutta ja nopeutta.

- Xpeditionin käyttöönotto oli meille oikea valinta. Xpeditionin avulla pystyimme onnistuneesti lyhentämään suunnitteluaikaa säilyttäen samalla tinkimättömän laadun, sanoo Markus Välkky, Nokian PCB-teknologioiden johtaja (oik.).

Fyysisen suunnittelun uudelleenkäytön hyödyt

Piirilevyjen fyysisten suunnittelujen uudelleenkäyttöä ei ole hyödynnetty teollisuudessa kovin laajasti. Se on kuitenkin nyt kasvattamassa suosiotaan, koska uudelleenkäytön avulla suunnittelutiimit voivat saavuttaa merkittäviä ajansäästöjä ja alentaa kehityskustannuksia. Nokialla tuotteiden laatu ja niiden nopea markkinoille tuominen ovat menestymisen edellytyksiä.

- Laatu tulee meillä ensin, sitten markkinoilletuloaika ja hinta, sanoo Nokian PCB-suunnittelun tekninen johtaja Ari Oinas (vas.).

Nokialle Xpeditionin suunnittelujen uudelleenkäytön edut ovat erityisen tärkeitä korttisimulaatioissa. Luonnollisesti kaikki on simuloitava piirilevyllä toimivuuden varmistamiseksi, mukaan lukien uudelleenkäytetty fyysinen suunnittelu, piirikaavio ja fyysinen sijoittelu. Koska Nokia kuitenkin rakentaa erittäin monimutkaisia, tiheitä piirilevyjä, koko suunnittelun simulointi on lähes mahdotonta. Tätä vaikeuttavat erilaiset piirilevytekniikat ja erilaiset simuloitavat vaikutukset, mukaan lukien RF, EMC, EMI ja lämmönjohtuminen.

- Jos otetaan esimerkiksi antenniryhmän kotelon, ensin luodaan luonnos tästä pienestä lohkosta, Oinas sanoo.

- Sitten se lähetetään useita kertoja simulaatioon ja saadaan muutokset takaisin. Tähän yksittäiseen lohkoon tehdään usein muutoksia. Lohkojen välillä on myös paljon reititystä, mikä tekee prosessista hitaan.

Läpimurto tapahtui, kun Nokia otti käyttöön Xpeditionin ja sen laajemman tuen fyysisen suunnittelun uudelleenkäytölle. Nyt kun suunnittelutiimi on varmentanut lohkoinstanssin, he voivat käyttää sitä uudelleen tunnettuna fyysisenä IP:nä, jota ei tarvitse simuloida uudelleen. Tämä säästää huomattavasti aikaa ja vaivaa, koska kun lohkoon vaaditaan muutos, koko lohkoa ei tarvitse luoda uudelleen, vaan vain yksittäinen instanssi korvataan. Simuloinnin kokonaisaika lyhenee, koska suunnittelijat voivat käyttää uudelleen tätä esivarmennettua fyysistä IP-lohkoa.

Xpeditionin uudelleenkäytön avulla, kun lohko on valmis ja verifioitu, sen luotettavuus säilyy läpi koko vuon. Xpedition varmistaa, että valmis uudelleenkäytettävä fyysinen IP on lukittu eikä sitä voi muuttaa. Jokainen suunnittelutiimin jäsen – toimialueesta tai tieteenalasta riippumatta – voi luottaa tiettyihin uudelleenkäytettäviin lohkoihin. Suunnittelijat voivat yksinkertaisesti sijoittaa todistetut lohkot sinne, missä haluavat niitä käyttää ja he tietävät, että ne toimivat. He voivat myös siirtää lohkoja tarvittaessa myöhemmin ilman, että mitään virheitä ilmaantuu.

Fyysisten komponenttien hallinta hyötyi selvästi tästä uudesta lähestymistavasta. Ennen Xpeditionin käyttöönottoa suunnittelussa tai toteutuksessa tapahtuneiden virheiden ja muutosten jäljittämiseen kului enemmän aikaa, varsinkin kun useita suunnittelijoita työskenteli sijoittelun parissa samalla piirilevyllä.

- Ennen siirtymistä fyysiseen uudelleenkäyttöön suunnittelumuutokset ja toistuvat tehtävät lisäsivät virheiden mahdollisuutta. Tämä johti prosesseihin, jotka eivät olleet optimaalisia, sanoo Oinas.

Nopeammin korkeatasoisiin 5G-suunnitteluihin

Vaikka tietyn piirin koko ja aiemmin toteutettujen piirikaavioiden käyttöaste määrittävät sen, kuinka paljon aikaa voidaan säästää suunnitteluprosessin aikana, yleisesti ottaen Xpedition auttoi Nokiaa saavuttamaan tavoitteensa suunnittelun tuottavuuden parantamisessa.

- Siemens teki loistavaa yhteistyötä. Tämä oli melko merkittävä tuottavuutta parantava vaikutus, kun kehityssykliämme lyhennettiin Xpeditionin avulla. Samaan aikaan pystyimme saamaan tasaisen laadun jokaisessa kanavassa. Koska piirilevymme ovat monimutkaisia, olemme erittäin tyytyväisiä tuloksiin, sanoo Oinas.

Tämän menestyksen ansiosta Nokia aikoo ottaa Xpedition-pohjaisen uudelleenkäytön metodologian käyttöön muissa edistyneissä suunnitteluissa. Jo nyt Xpedition osana Siemens Xcelerator -valikoimaa auttaa Nokiaa toteuttamaan huomisen 5G-suunnitteluja jo tänään.