ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ECF26 infobanner

IN FOCUS

AI-agentit tuovat älykkään automaation piirien ja piirilevyjen suunnitteluun

Puolijohde- ja piirilevysuunnittelun seuraavaa vaihetta määrittävät kaksi rinnakkaista tavoitetta. Ensinnäkin halutaan kasvattaa suunnittelutyökalujen suorituskykyä. Lisäksi on tärkeää parantaa suunnittelijoiden tuottavuutta.

Lue lisää...

ETNtv

 
ECF25 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan
  • Aku Wilenius, CN Rood
  • Tiitus Aho, Tria Technologies
  • Joe Hill, Digi International
  • Timo Poikonen, congatec
  • ECF25 panel
ECF24 videos
  • Timo Poikonen, congatec
  • Petri Sutela, Testhouse Nordic
  • Tomi Engdahl, CVG Convergens
  • Henrik Petersen, Adlink Technology
  • Dan Still , CSC
  • Aleksi Kallio, CSC
  • Antti Tolvanen, Etteplan
ECF23 videos
  • Milan Piskla & David Gustafik, Ciklum
  • Jarno Ahlström, Check Point Software
  • Tiitus Aho, Avnet Embedded
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Pasi Suhonen, Rohde & Schwarz
  • Joachim Preissner, Analog Devices
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

ETN

TMSNet  advertisement
ETNdigi
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn

TECHNICAL ARTICLES

Suurempi ei aina tarkoita parempaa

Tietoja
Kirjoittanut Veijo Ojanperä
Julkaistu: 03.11.2025
  • Devices
  • Embedded
  • Artificial Intelligence

Koneoppiminen (ML) ja tekoäly (AI – joista ML voidaan nähdä tekoälyn osajoukkona) on perinteisesti toteutettu korkean suorituskyvyn laskentajärjestelmissä ja viime vuosina yhä enemmän pilvessä. Nyt niitä kuitenkin hyödynnetään yhä useammin sovelluksissa, joissa käsittely tapahtuu lähellä datan lähdettä. Tämä on ihanteellista IoT-laitteille: kun analyysi tehdään reunalla, pilveen tarvitsee lähettää vähemmän dataa. Tulos on parempi suorituskyky pienemmän viiveen ansiosta ja parempi tietoturva.

Artikkelin kirjoittaja Yann LeFaou toimii Microchipin Touch and Gesture (TXFG) -liiketoimintayksikön apulaisjohtajana.

ML/AI vie reunalaskennan seuraavalle tasolle mahdollistamalla päätelmien teon suoraan datalähteessä. IoT-laite voi tämän ansiosta oppia ja kehittyä kokemuksen perusteella. Algoritmit analysoivat dataa etsiäkseen malleja ja tehdäkseen päätelmiä kolmen oppimistyypin avulla: valvottu, valvomaton ja vahvistettu oppiminen.

Valvottu oppiminen perustuu merkittyyn opetusdataan. Esimerkiksi älykamera voidaan kouluttaa valokuvilla ja videoilla, joissa ihmiset seisovat, kävelevät, juoksevat tai kantavat laatikoita. Tällaisissa algoritmeissa, kuten logistisessa regressiossa ja Naive Bayes -menetelmässä, mallia kehitetään jatkuvasti palautteen avulla.

Valvomaton oppiminen käyttää merkitsemätöntä dataa ja algoritmeja, kuten K Means -klusterointia ja pääkomponenttianalyysiä, tunnistaakseen piileviä malleja. Tämä sopii erinomaisesti poikkeamien havaitsemiseen. Esimerkiksi ennakoivan kunnossapidon tai lääketieteellisen kuvantamisen yhteydessä kone voi havaita poikkeavia ilmiöitä verrattuna siihen, mitä se on oppinut pitämään “tavanomaisena”.

Vahvistettu oppiminen perustuu “kokeilun ja erehdyksen” menetelmään. Kuten valvotussa oppimisessa, palautetta tarvitaan, mutta sitä käsitellään palkkiona tai rangaistuksena. Tyypillisiä algoritmeja ovat Monte Carlo ja Q-learning.

Näissä esimerkeissä yhteisenä tekijänä on sulautettu konenäkö, joka muuttuu “älykkääksi” ML/AI:n avulla. Tällaisesta näköpohjaisesta päätelmästä voivat hyötyä monet muutkin sovellukset. Älykäs konenäkö voi hyödyntää myös aallonpituuksia, joita ihmissilmä ei näe, kuten infrapunaa (lämpökuvantaminen) tai ultraviolettivaloa.

Kun ML/AI-reunajärjestelmää täydennetään muilla datalähteillä – kuten lämpötila- ja tärinämittauksilla – teolliset IoT-laitteet voivat olla keskeinen osa yrityksen ennakoivan kunnossapidon strategiaa. Ne voivat myös antaa varhaisia varoituksia odottamattomista vioista ja siten suojata laitteistoa, tuotteita ja henkilöstöä.

Sulautetut järjestelmät

Kuten artikkelin alussa todettiin, ML/AI vaati aiemmin huomattavia laskentaresursseja. Nykyään – sovelluksen monimutkaisuudesta riippuen – ML ja AI voidaan toteuttaa komponenteilla, joita käytetään tyypillisesti sulautetuissa järjestelmissä, kuten IoT-laitteissa.

Esimerkiksi kuvantunnistus ja -luokittelu voidaan toteuttaa FPGA-piireillä tai mikroprosessoreilla (MPU). Lisäksi yksinkertaisempia sovelluksia, kuten tärinän valvontaa ja analysointia (ennakoivaa kunnossapitoa varten), voidaan toteuttaa jopa 8-bittisillä mikrokontrollereilla (MCU).

Aiemmin ML/AI:n kehittäminen vaati huippuasiantuntijoita suunnittelemaan kuvioiden tunnistamiseen sopivia algoritmeja ja päivitettäviä malleja. Näin ei kuitenkaan enää ole. Sulautettujen järjestelmien insinööreillä, jotka tuntevat reunalaskennan, on nyt käytössään tarvittavat laitteistot, ohjelmistot, työkalut ja menetelmät ML/AI:ta hyödyntävien tuotteiden suunnitteluun. Lisäksi monet mallit ja opetusdatat ovat vapaasti saatavilla, ja useat piirivalmistajat tarjoavat integroituja kehitysympäristöjä (IDE) ja kehityspaketteja, jotka nopeuttavat ML/AI-sovellusten kehitystä.

Esimerkiksi Microchipin MPLAB X IDE sisältää työkaluja, joilla insinöörit voivat löytää, konfiguroida, kehittää, testata ja validoida sulautettuja suunnitelmia. Koneoppimisen kehityspaketti (plug-in) mahdollistaa ML-mallien suoran ohjelmoinnin kohdelaitteeseen. Tämä paketti hyödyntää AutoML-menetelmää, joka automatisoi monia aikaa vieviä ja toistuvia vaiheita, kuten mallien kehityksen ja koulutuksen (ks. kuva 1).

Kuva 1. ML/AI-mallien kehitys on iteratiivinen prosessi.

Vaikka nämä vaiheet voidaan automatisoida, suunnittelun optimointi on silti oma haasteensa. Jopa kokeneet reunalaskentaa suunnitelleet insinöörit voivat kohdata vaikeuksia ML/AI-projekteissa. On tehtävä kompromisseja suorituskyvyn (johon vaikuttavat mallin koko ja datan määrä), virrankulutuksen ja kustannusten välillä. Kuvassa 2 esitetään Microchipin laitetyyppejä, joita käytetään tyypillisesti ML-päätelmissä, sekä niiden suorituskyvyn, kustannusten ja tehonkulutuksen välinen suhde.

 

Kuva 2.Esimerkkejä laite- ja sovellustyypeistä ML-päätelmissä.

Pienikokoisten järjestelmien suunnittelu

Kuten mainittua, jopa 8-bittisiä MCU-piirejä voidaan käyttää joissakin ML-sovelluksissa. Yksi merkittävä tekijä tämän mahdollistamisessa on tinyML, joka tuo ML/AI:n resurssirajoitteisille mikrokontrollereille.

Tarkastellaanpa tätä lukujen valossa. Tyypillinen ML/AI:ta varten suunniteltu huipputason MCU tai MPU toimii 1–4 GHz:n taajuudella, tarvitsee 512 Mt – 64 Gt RAM-muistia ja 64 Gt – 4 Tt tallennustilaa. Virrankulutus on 30–100 W.
tinyML puolestaan on suunniteltu MCU:ille, jotka toimivat 1–400 MHz:n taajuudella, käyttävät 2–512 kt RAM-muistia ja 32 kt – 2 Mt pysyvää muistia. Virrankulutus on vain 150 µW – 23,5 mW, mikä sopii täydellisesti akku- tai energianlouhintakäyttöisiin sovelluksiin.

tinyML:n onnistunut toteutus perustuu datan keräämiseen ja valmisteluun sekä mallin kehittämiseen ja optimointiin. Näistä datan valmistelu on ratkaisevaa, jotta oppimisprosessin eri vaiheissa on käytettävissä laadukas tietoaineisto (ks. kuva 3).

Kuva 3. Koneoppimisen prosessi.

Opetusvaiheessa tarvitaan datasetti valvotuille (ja puolivalvotuille) malleille. Datasetti on jäsennelty tietokokonaisuus, jossa data on usein myös nimetty. Kuten älykkään kameran esimerkissä, opetusdata voi sisältää kuvia ihmisistä eri asennoissa ja liikkeissä. Datan voi tuottaa itse tai käyttää valmiita aineistoja, kuten MPII Human Pose, joka sisältää noin 25 000 kuvaa verkosta kerätyistä videoista.

Datasetti täytyy kuitenkin optimoida käyttöön. Liian suuri määrä dataa täyttää nopeasti muistin, kun taas liian pieni aineisto johtaa virheellisiin tai epäluotettaviin tuloksiin.

Myös ML/AI-mallin täytyy olla kompakti. Yksi yleinen pakkausmenetelmä on weight pruning, jossa joidenkin neuronien välisiä yhteyksiä poistetaan (asetetaan painoarvo nollaksi), jolloin ne eivät osallistu päätelmiin. Toisessa menetelmässä, kvantisoinnissa, mallin parametrit muunnetaan tarkemmasta muodosta (esim. 32-bittinen liukuluku, FP32) vähemmän tarkkaan muotoon (esim. 8-bittinen kokonaisluku, INT8).

Kun datasetti on optimoitu ja malli tiivistetty, voidaan valita sopiva MCU. Tätä varten on olemassa kehityskehyksiä, kuten TensorFlow Lite, joka mahdollistaa uusien mallien rakentamisen tai olemassa olevien uudelleenkouluttamisen. Malli voidaan sen jälkeen pakata ja kvantisoida ennen sen lataamista kohdelaitteeseen.

Yhteenveto

ML ja AI käyttävät algoritmisia menetelmiä mallien ja trendien tunnistamiseen sekä ennusteiden tekemiseen. Kun ML/AI sijoitetaan lähelle datalähdettä – eli reunalle – sovellukset voivat tehdä päätelmiä ja toimia reaaliaikaisesti, mikä tekee koko järjestelmästä tehokkaamman ja turvallisemman.

Saatavilla olevien laitteistojen, kehitysympäristöjen, työkalujen, kehityspakettien, kehysten, datasetien ja avoimen lähdekoodin mallien ansiosta insinöörit voivat nykyään kehittää ML/AI-pohjaisia reunalaskentasovelluksia suhteellisen helposti.

Nämä ovat innostavia aikoja sulautettujen järjestelmien insinööreille ja koko teollisuudelle. On kuitenkin tärkeää välttää ylisuunnittelu: liian tehokkaiden ja kalliiden piirien käyttö voi nostaa kustannuksia ja virrankulutusta tarpeettomasti.

Artikkeli on ilmestynyt uusimmassa ETNdigi-lehdessä. Sen pääset lukemaan täällä.

MORE NEWS

230-kerroksinen NAND yltää jo 4,8 gigabittiin sekunnissa

Kioxia on aloittanut yhdeksännen sukupolven BiCS Flash -muistien näytetoimitukset. Uusi 1 terabitin TLC-piiri yltää 4,8 gigabitin sekuntinopeuteen NAND-rajapinnassa.

Yksi kehitysympäristö tukee jo puolta maailman mikro-ohjaimista

Sulautettujen järjestelmien kehittäjän työkalupakki voi olla melkoinen kokoelma eri valmistajien ohjelmistoja. MIKROE yrittää ratkaista ongelman toisella tavalla. Sen NECTO Studio -kehitysympäristö tukee nyt yli 10 000 mikro-ohjainta eri valmistajilta.

IoT-laite vaihtaa nyt kännykkäverkosta satelliittiin

Satelliittiyhteys on tulossa osaksi tavallista vähävirtaista IoT-modeemia. Nordic Semiconductorin nRF9151-moduuli tukee sekä LTE-M- ja NB-IoT-mobiiliverkkoja että 3GPP-standardin mukaista NB-NTN-satelliittiyhteyttä, jolloin sama IoT-laite voi vaihtaa verkosta toiseen peiton mukaan.

Älypuhelimen video muuttuu 3D-malliksi minuutissa

NEC on kehittänyt tekoälytekniikan, joka muodostaa tavallisella älypuhelimella tai muulla yleiskameralla kuvatusta videosta yksityiskohtaisen 3D-mallin jopa minuutissa. Tekniikka perustuu Gaussian Splatting -menetelmään, jonka laskentaa NEC on nopeuttanut omalla tekoälyllään.

AI-agentti ottaa piirilevyn suunnittelun haltuun

Cadence tuo agenttisen tekoälyn piirilevyjen ja edistyneiden puolijohdepakkausten suunnitteluun. Uusi AuraStack AI Super Agent ei automatisoi vain yksittäisiä suunnitteluvaiheita, vaan ohjaa koko työnkulkua järjestelmätason suunnittelusta layoutiin, monifysiikka-analyysiin ja lopulliseen verifiointiin.

Auton näyttöä ei enää tarvitse testata kameralla

Autojen näyttöjen ja kameroiden testaus voidaan tehdä jatkossa suoraan nopeiden SerDes-liitäntöjen kautta ilman erillistä kameraa tai visuaalista tarkastusta. Emerson on esitellyt NI-teknologiaan perustuvan modulaarisen testialustan, joka on suunnattu erityisesti autojen näyttö- ja kamerajärjestelmien validointiin.

Ruotsalaistutkijat kavensivat transistorikanavan 25 nanometriin

Atominohuiden puolijohteiden transistorikanavia voidaan kaventaa erittäin pieniksi ilman, että suorituskyky romahtaa. Chalmersin ja Stanfordin tutkijat ovat valmistaneet 2D-transistoreita, joiden kanavan leveys on vain 25 nanometriä.

SSD:stä tulee tekoälyagenttien pitkäkestoinen muisti

Tekoälyagenttien yleistyminen muuttaa myös datakeskusten tallennusarkkitehtuuria. Silicon Motionin mukaan SSD-levyistä on tulossa yhä tärkeämpi osa tekoälypalvelinten muistihierarkiaa, kun agenttien pitää säilyttää kontekstia pitkien ja jatkuvien päättelyketjujen aikana.

Agentit muuttavat PC:n jatkuvasti ajattelevaksi työkaluksi

Qualcomm Technologiesin tuotehallinnan päällikkö Mallika Gattala arvioi, että generatiivisen tekoälyn seuraava suuri harppaus on agenttipohjainen tekoäly. Hänen mukaansa PC on nousemassa keskeiseksi alustaksi, jossa tekoäly ei enää pelkästään vastaa kysymyksiin, vaan työskentelee jatkuvasti käyttäjän rinnalla.

Ilma voi pilata akun jo ennen valmistusta

Sähköautojen seuraavan sukupolven akkukennojen käyttöikä voi alkaa lyhentyä jo ennen kuin itse akkua on valmistettu. Eteläkorealaisen Hanyang Universityn tutkijat havaitsivat, että katodimateriaalin prekursorin altistuminen ilmalle voi synnyttää kemiallisia muutoksia, jotka myöhemmin nopeuttavat akun kapasiteetin heikkenemistä.

Bittium uskoo puolustusbuumin jatkuvan pitkään

Bittiumin vahva kasvu ei yhtiön mukaan ole vain Ukrainan sodan synnyttämä hetkellinen ilmiö. Toimitusjohtaja Petri Toljamo arvioi puolivuosikatsauksen yhteydessä järjestetyssä lehdistötilaisuudessa, että Euroopan puolustusinvestoinnit jatkuvat korkealla tasolla vielä pitkään, vaikka Ukrainaan saataisiin rauha.

Joko taittuvien puhelimien läpimurto alkaa?

Samsungin uusien Galaxy Z -mallien ennakkotilaukset ovat kasvaneet Euroopassa yli 20 prosenttia viime vuodesta. Vaikka taittuvanäyttöiset puhelimet ovat edelleen vain pieni osa koko älypuhelinmarkkinaa, yhtiön mukaan kysyntä on nyt selvästi aiempaa vahvempaa.

Tekoäly tekee nopeuskamerasta monitoimivalvojan

Euroopan teille on tulossa uuden sukupolven nopeusvalvontajärjestelmiä, joissa perinteinen tutka vaihtuu yhä useammin tekoälyä hyödyntävään konenäköön. Samalla nopeuskameroiden tehtävä laajenee pelkästä ylinopeuden mittaamisesta useiden eri liikennerikkomusten automaattiseen tunnistamiseen.

Natriumakku lähestyy litiumionin tasoa

Kiinalaisen Hina Batteryn kaupallinen natriumioniakku yltää valmistuslaadultaan ja useissa suorituskykymittauksissa jo nykyaikaisten litiumioniakkujen tasolle. RWTH Aachenin yliopiston tutkimuksessa analysoitiin 120 sylinterimäistä 10 ampeeritunnin kennoa.

Joensuulainen SeeTrue ratkoo älylasien suurinta ongelmaa

Joensuulainen SeeTrue Technologies on kerännyt 2,2 miljoonan euron rahoituskierroksen. Kierrosta johtaa optiikka- ja fotoniikkajätti ZEISSin sijoitusyhtiö ZEISS Ventures. Rahoituksella SeeTrue aikoo kaupallistaa vähävirtaista silmänseuranta-arkkitehtuuriaan älylaseihin, terveydenhuollon optisiin järjestelmiin ja teollisiin sovelluksiin.

Uusi muististandardi tuo suuret tekoälymallit puhelimeen

Samsungin ja Kioxian julkistamat ensimmäiset UFS 5.0 -flashmuistit kertovat, että mobiiliteollisuus valmistautuu seuraavaan vaiheeseen laitteessa ajettavassa tekoälyssä. Uusi muististandardi lähes kaksinkertaistaa tiedonsiirtonopeuden aiempaan sukupolveen verrattuna ja poistaa yhden keskeisistä pullonkauloista suurten kielimallien suorittamisessa suoraan päätelaitteessa.

Selainkeksi kelpaa rikolliselle paremmin kuin salasana

Selaimen tallentamasta keksistä on tullut kyberrikollisille arvokkaampi saalis kuin salasanasta. NordVPN:n tutkijoiden analysoimissa tietovarkausaineistoissa evästetietoja esiintyi 4,6 kertaa enemmän kuin salasanoja, tiedostoja ja maksukorttitietoja yhteensä.

PCIe 6.0 tuo SSD-levyt AI-palvelimien seuraavaan vauhtiluokkaan

Kioxia on esitellyt ensimmäiset PCIe 6.0 -väylää hyödyntävät yritysluokan SSD-levynsä. Uutuus ei tähtää tavallisiin palvelimiin vaan tekoälyklustereihin, joissa nopea flash-muisti toimii GPU-muistin jatkeena suurten kielimallien ajossa.

Promptit ovat uusi tietoturvariski

Työntekijöiden tekoälyn käyttö on synnyttänyt yritysverkkoihin uudenlaisen tietoturvahaasteen. Verkossa liikkuu yhä enemmän AI-prompteja, autonomisten agenttien kutsuja ja MCP-yhteyksiä, jotka voivat sisältää lähdekoodia, liiketoimintatietoa tai muuta arkaluonteista aineistoa. Perinteiset palomuurit eivät ole osanneet tunnistaa tällaista liikennettä.

Sulautettu linux kertoo itse, mistä se koostuu

Saksalainen Sysgo on julkaissut ELinOS 8 -käyttöjärjestelmän, joka kertoo automaattisesti, mistä sulautetun laitteen ohjelmisto on rakennettu. Uuden version kärki on jokaisessa käännöksessä syntyvä ohjelmiston tuoteseloste eli SBOM.

TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Varateho voi pahentaa datakeskuksen lämpöongelmaa

ETN - Technical articleTekoälypalvelinten kasvava tehotiheys tekee datakeskusten varmistamisesta aiempaa monimutkaisempaa. Ylimääräiset teholähteet voivat parantaa käyttövarmuutta, mutta samalla ne lisäävät lämpökuormaa ja häiritsevät ilmavirtoja. Siksi tehonsyöttö, varmennus ja jäähdytys on suunniteltava yhtenä kokonaisuutena.

Lue lisää...

OPINION

Agentit muuttavat PC:n jatkuvasti ajattelevaksi työkaluksi

Qualcomm Technologiesin tuotehallinnan päällikkö Mallika Gattala arvioi, että generatiivisen tekoälyn seuraava suuri harppaus on agenttipohjainen tekoäly. Hänen mukaansa PC on nousemassa keskeiseksi alustaksi, jossa tekoäly ei enää pelkästään vastaa kysymyksiin, vaan työskentelee jatkuvasti käyttäjän rinnalla.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • 230-kerroksinen NAND yltää jo 4,8 gigabittiin sekunnissa
  • Yksi kehitysympäristö tukee jo puolta maailman mikro-ohjaimista
  • IoT-laite vaihtaa nyt kännykkäverkosta satelliittiin
  • Älypuhelimen video muuttuu 3D-malliksi minuutissa
  • AI-agentti ottaa piirilevyn suunnittelun haltuun

NEW PRODUCTS

  • Bluetooth haastaa UWB:n etäisyysmittauksessa
  • 6 watin DC/DC-muunnin mahtuu tuuman koteloon
  • Lisäkortilla 10 megabitin 4G-yhteys IoT-laitteisiin
  • Yksi anturi korvaa neljä mikrokytkintä autossa
  • Murata kutisti 100 voltin autokondensaattorin 0805-kokoon
 
 

Section Tapet