ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ETNdigi-superbanner
2026  # megabox

IN FOCUS

3D-piirit pakottavat suunnittelun huomioimaan lämmön, tehon ja mekaniikan

3D-IC-arkkitehtuureihin siirtyville suunnittelutiimeille suorituskyvyn ja luotettavuuden jatkuva parantaminen tuo mukanaan tuttuja mutta yhä monimutkaisempia haasteita: miten hallitaan tehonkulutusta, poistetaan lämpöä ja otetaan huomioon erilaisten fysikaalisten ilmiöiden monimutkainen vuorovaikutus pinotuissa rakenteissa?

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

Sep # TME square
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

Nigel puristaa 20 tunnin testaustyön 20 minuuttiin

National Instrumentsin nykyään omistavan Emersonin mukaan yhtiön testaukseen erikoistunut Nigel-tekoäly pystyy puristamaan noin 20 tunnin kehitystyön 20 minuuttiin. NI Connect 2026 -tapahtumassa esitelty demo kertoo samalla siitä, mihin testaus- ja mittausalan tekoälytyökalut ovat kehittymässä: yleisistä koodiavustajista kohti itse testausympäristön tuntevia työkaluja.

4G- ja 5G-laitteiden säteilymittaus automatisoituu

Matkapuhelinten ja muiden 4G- ja 5G-laitteiden SAR-säteilymittaukset voidaan nyt automatisoida aiempaa pidemmälle. Microwave Factory on integroinut Rohde & Schwarzin CMX500-radiotesterin Mateos-mittausohjelmistoonsa.

Qualcommin uusin ajaa 30 miljardin parametrin AI-mallia kännykässä

Qualcomm tuo lippulaivapuhelimiin kaksi uutta Snapdragon-järjestelmäpiiriä. Snapdragon 8 Elite Extreme Gen 6:n kiinnostavin uudistus löytyy tekoälystä, sillä piiri pystyy ajamaan paikallisesti yli 30 miljardin parametrin Mixture of Experts -malleja. Qualcomm rakentaa samalla alustaa puhelimessa toimiville henkilökohtaisille AI-agenteille.

Postimerkin kokoinen moduuli paikkaa GPS-signaalin

ETN - Technical articleSatelliittipaikannuksen häirintä voi katkaista paljon muutakin kuin paikkatiedon. VIAVIn uusi µPNT GDO-1000 pitää kriittisten järjestelmien kellot synkronissa jopa 24 tuntia GNSS-signaalin katoamisen jälkeen. Postimerkin kokoisen moduulin ytimessä on SiTimen MEMS-oskillaattori.

Testaa Arduinon uutta tehokorttia ilmaiseksi

Arduinon uusi VENTUNO Q yhdistää Linuxin, tekoälykiihdytyksen ja erillisen mikro-ohjaimen reaaliaikaiseen ohjaukseen samalla kortilla. Nyt element14 etsii kehittäjiä testaamaan uutuutta. Valitut testaajat saavat sekä kortin että tarvittavat lisävarusteet ilmaiseksi.

Neliömillin piiri korvaa joukon komponentteja

Renesas on tuonut markkinoille vain hieman yli neliömillimetrin kokoisen konfiguroitavan sekasignaalipiirin. Uusi GreenPAK SLG46801 voi korvata useita erillisiä analogia-, ajoitus- ja logiikkakomponentteja esimerkiksi älysormuksissa, kelloissa ja muissa pienissä puettavissa laitteissa.

Audit ajavat itse junaan suomalaisella tekniikalla

Suomalainen Unikie on vienyt autonomisen ajamisen aivan uuteen ympäristöön. Yhtiön tekniikalla autot ajoivat ilman kuljettajaa junavaunuihin Audin Ingolstadtin tehtaalla Saksassa. Unikien mukaan kyseessä oli maailman ensimmäinen henkilöautojen automaattisen junalastauksen demonstraatio.

Donut Labin akku ei perustu litiumiin eikä natriumiin

Donut Labin kohuakun kemiaa on arvuuteltu siitä lähtien, kun yritys esitteli ihmeakkunsa tammikuussa Las Vegasin CES-messuilla. Yhtiö ei vieläkään paljasta, mihin sen akun kemia perustuu, mutta nyt se on vastannut ainakin kahteen yleiseen arvaukseen. Kyse ei näyttäisi olevan litium- eikä natriumakusta.

Hukkalämpö voi pian jäähdyttää prosessorin

Prosessorin tuottama hukkalämpö voisi tulevaisuudessa auttaa jäähdyttämään itse prosessoria. Karlsruhen teknillisen instituutin KIT:n ja japanilaisen Tsukuban yliopiston tutkijat ovat kehittäneet jäähdytysmenetelmän, jossa lämpö korvaa tavallisesti tarvittavan sähköisen toimilaitteen.

Auto kestää pidempään kuin sen 4G-yhteys

Tänään ostettu auto voi olla liikenteessä vielä pitkään sen jälkeen, kun sen käyttämä 4G-verkko on suljettu. Omdian mukaan LTE-verkkojen alasajo voi muodostua autoteollisuudelle paljon suuremmaksi ongelmaksi kuin aikaisemmat 2G- ja 3G-verkkojen sulkemiset.

Infineonin uusi mikro-ohjain varautuu kvanttiaikaan

Infineon on tuonut PSOC Control C3 -mikro-ohjainperheeseensä uuden Performance Line -sarjan, jossa nopea reaaliaikainen ohjaus yhdistyy kvanttiajan tietoturvaan. Piirit on suunnattu muun muassa tekoälypalvelimien teholähteisiin, sähköautojen lataukseen, aurinkosähköjärjestelmiin ja vaativaan moottorinohjaukseen.

Eurooppa sai oman supertietokoneiden prosessorin

Euroopan pitkään kehitetty oma supertietokoneprosessori on valmis ensimmäiseen todelliseen tehtäväänsä. SiPearl on toimittanut ensimmäiset Rhea1-prosessorit Bullille, joka alkaa integroida niitä Euroopan ensimmäiseen exascale-luokan supertietokoneeseen Jupiteriin.

Virtalähde muuttaa sähkökaapista koneen kylkeen

Omron tuo markkinoille S8NR-virtalähdesarjan, joka voidaan asentaa IP67-suojattuna suoraan koneeseen sähkökaapin ulkopuolelle. Samalla virtalähteeseen on tuotu diagnostiikkaa, jolla yksittäisten lähtöjen tilaa ja itse virtalähteen kuntoa voidaan seurata.

Tekoäly kokoaa työmaan kaaoksesta tilannekuvan

Rakennustyömaan olennainen tieto voi olla hajallaan projektipankissa, sähköpostissa, kokousmuistiossa, pikaviestiketjussa tai työnjohtajan muistivihossa. Suomalainen Adicio AI yrittää koota tästä tietomassasta yhteisen tilannekuvan ja päätellä samalla, mitä työmaalla pitäisi tehdä seuraavaksi.

VNA kutistui 470 gramman kenttämittariksi

Pico Technology on tuonut markkinoille kannettavan PicoVNA-R-vektoriverkkoanalysaattorin, joka painaa vain 470 grammaa ja toimii yhdellä USB-C-kaapelilla. 300 kilohertsistä 6 gigahertsiin ulottuva mittalaite on tarkoitettu erityisesti antennien, kaapelien ja passiivikomponenttien mittaamiseen suoraan niiden käyttöpaikalla.

Kamerasta tuli tekoälylasien ongelma

Tekoälylasien myynti kasvaa nyt hurjaa vauhtia, mutta samalla niiden ehkä näkyvimmästä ominaisuudesta on tulossa ongelma. Omdian mukaan tekoälylaseja toimitettiin vuoden ensimmäisellä puoliskolla 4,2 miljoonaa kappaletta, 127 prosenttia enemmän kuin vuotta aiemmin. Yksityisyyshuoli ajaa kuitenkin valmistajia jo kehittämään laseja kokonaan ilman kameraa.

Muistipula pakottaa maksamaan turhista gigatavuista

Sulautettu laite tarvitsee neljä gigatavua flash-muistia, mutta valmistaja ei enää löydä sopivaa 4 gigatavun eMMC-piiriä. Edessä voi olla siirtyminen selvästi suurempaan ja kalliimpaan komponenttiin – ja samalla maksaminen gigatavuista, joita laite ei koskaan tarvitse. Espoolainen Tuxera tarjoaa ongelmaan ohjelmistopohjaista ratkaisua.

Sähköauton laturista tuli uusi hyökkäysreitti sähköverkkoon

Sähköauton latausasema ei ole enää pelkkä pistorasia, vaan verkkoon, pilvipalveluihin ja maksujärjestelmiin kytketty tietokone. Tata Consultancy Servicesin mukaan puutteellisesti suojattu latausinfrastruktuuri voi muodostaa hyökkäysreitin, jonka vaikutukset ulottuvat yksittäisestä latauspisteestä aina sähköverkkoon asti.

Fujitsu haki Euroopan AI-keskuksen johtoon suomalaisen

Fujitsu perustaa Eurooppaan uuden tekoäly-yksikön vauhdittamaan AI:n käyttöä omassa organisaatiossaan. Europe Office of AI -yksikön johtoon nousee suomalainen Mikko Lampinen, joka aloittaa tehtävässä lokakuun alussa.

IGBT7 vie tehotiheyden uudelle tasolle

ETN - Technical articleSeitsemännen sukupolven IGBT-teknologia nostaa tehomoduulien suorituskykyä usealla rintamalla. IGBT7 pienentää häviöitä, kasvattaa virtakapasiteettia ja kestää ylikuormituksessa jopa 175 asteen liitoslämpötilan. Yhdessä matalainduktanssisten koteloiden kanssa tämä mahdollistaa aiempaa suuremman tehotiheyden, paremman hyötysuhteen ja pienemmät järjestelmäkustannukset.

Sep # puffbox mobox till tme native
2026  # mobox för megabox
Sep  # puffbox mobox till square
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Postimerkin kokoinen moduuli paikkaa GPS-signaalin

ETN - Technical articleSatelliittipaikannuksen häirintä voi katkaista paljon muutakin kuin paikkatiedon. VIAVIn uusi µPNT GDO-1000 pitää kriittisten järjestelmien kellot synkronissa jopa 24 tuntia GNSS-signaalin katoamisen jälkeen. Postimerkin kokoisen moduulin ytimessä on SiTimen MEMS-oskillaattori.

Lue lisää...

OPINION

Googlen jätti-investointi: aika on kypsä uudelle ydinvoimalle

Googlen 13 miljardin euron investointi Suomeen on valtava uutinen. Vielä suurempi uutinen saattaa kuitenkin olla se, mitä investointi kertoo Suomen sähköntarpeesta. Tekoäly tarvitsee sähköä. Paljon sähköä, tasaisesti ja ympäri vuorokauden.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Nigel puristaa 20 tunnin testaustyön 20 minuuttiin
  • 4G- ja 5G-laitteiden säteilymittaus automatisoituu
  • Qualcommin uusin ajaa 30 miljardin parametrin AI-mallia kännykässä
  • Postimerkin kokoinen moduuli paikkaa GPS-signaalin
  • Testaa Arduinon uutta tehokorttia ilmaiseksi

NEW PRODUCTS

  • Neliömillin piiri korvaa joukon komponentteja
  • Virtalähde muuttaa sähkökaapista koneen kylkeen
  • 140 watin USB-C-laturi yltää 96 prosentin hyötysuhteeseen
  • ST vähentää komponentteja kilowattiluokan teholähteistä
  • 80 wattia irti tulitikkuaskin kokoisesta teholähteestä
 
 

Section Tapet