logotypen
 
 

IN FOCUS

Suojaa datasi kunnolla

SSD-levyt tarjoavat luontaisesti korkean luotettavuuden kaikentyyppisiin sovelluksiin, aina aloitustason kuluttajalaitteista kriittisiin järjestelmiin. Asianmukaiset tietosuojamekanismit voivat maksimoida levyn käyttöiän toteuttamalla ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä tarpeen mukaan, kertoo Silicon Motion artikkelissaan.

Lue lisää...

Yhä nopeammat ja monimutkaisimmat piirit vaativat paljon ajastuksen suunnittelulta. IDT:n tapaustutkimus osoittaa, miten hankalakin tapaus voidaan ratkaista tiimin yhteistyöllä.

Kirjoittaja Baljit Chandhoke työskentelee Integrated Device Technologyssä ajastinpiirien tuotepäällikkönä. Baljit aloitti puolijohdealalla piirisuunnittelijalla Infineonilla vuonna 2002. Cypress Semiconductorin sovelluspäällikkönä hän toimi vuosina 2003-2006, jonka jälkeen seurasi viiden vuoden pesti ON Semiconductorilla. IDT:lle hän siirtyi vuonna 2011. Baljit on suorittanut elektroniikkasuunnittelijan tutkinnon Mumbain yliopistossa Intiassa. Lisäksi hänellä on tietoliikennetutkinto Boulderin yliopistosta Coloradosta sekä liiketalouden opintoja Arizonan Staten ja Stanfordin yliopistoissa.

Kun kellotaajuudet kasvavat ja järjestelmistä tulee yhä monimutkaisempia, myös suorituskykyisen vähän tehoa kuluttavan järjestelmän kellopuun rakentamisesta tulee yhä haastavampaa tiukassa tehobudjetissa. Nykyään suunnittelijat kohtaavat usein keskenään ristiriitaisia rajoituksia. Kellojaksojen kutistaminen nopeissa sovelluksissa kuten 10 gigabitin ethernetissä tai optisissa siirtoverkoissa vaativat yhä enemmän signaalin värinältä (jitter) jotta koko järjestelmän suorituskyky säilyisi. Samaan aikaan järjestelmän monimutkaisuuden ja tiheyden lisääntyminen voi tehdä lämmönhallinnasta erittäin hankalaa, kun suunnittelijoiden pitää kutistaa käyttämäänsä levyalaa ja vähentää materiaalikustannuksia. Samoin suunnittelijoiden täytyy toteuttaa suunnittelunsa joustavammin tukeakseen useita ohjelmointitaajuuksia ja lähtöjä, sekä kykyä uudelleen ohjelmoida näitä taajuuksia viime hetken muutosten takia.

Jokin aika sitten IDT:n suunnittelijat kohtasivat monet näitä ongelmista, kun asiakas vaati kellopuusuunnittelua suorituskykyiselle palvelinkoneen verkkosovellukselle. Suunnittelu edellytti, että kellopuu tukee useita taajuuksia useilla lähdöillä. IDT:n tiimille tehtävä oli selvä: piti keksiä ratkaisu, joka integroisi useita erilaisia, eri kellolla operoivia piirisarjoja samalla säilyttäen parhaan mahdollisen pienivärinäisen signaalin, ja pienentäen tehonkulutusta ja piirialaa tiukassa suunnitteluaikataulussa. Tämä artikkeli tarkastelee tuota kehitettyä kelloratkaisua ja esittää, kuinka hyödyntämällä ohjelmoitavien kellosignaaligeneraattorien uusimpia ominaisuuksia tiimi onnistui vastaamaan asiakkaan vaatimuksiin.

Useita haasteita

Yksinkertainen on termi, joka harvemmin liitetään tämän pivän kellopuusuunnitteluun. Tämä tapaus ei ollut poikkeus. Ensiksikin asiakas tarvitsi erittäin suorituskykyisen, pienivärinäisen ratkaisu, joka toimisi pienimmällä mahdollisella teholla. He tarvitsivat ajoitusratkaisu, joka tukisi kahta suorituskykyistä kytkintä. Näissä olisi molemmissa neljä itsenäistä, ohjelmoitavaa taajuutta, jotka piti voida konfiguroida yhdeksi monista differentiaalisista tai yksipäiseksi lähdöksi. Lisäksi he halusivat kompaktin, pitkälle integroidun ratkaisun, joka pienentäisi materiaalikustannuksia ja vaadittua piirikorttialaa, olisi suhteellisen helppo toteuttaa ja veisi tuotteen nopeasti markkinoille.

Lopullinen ratkaisu on esitetty alla olevassa lohkokaaviossa. Keskeinen rakennusosa tässä kellopuussa oli IDT:n ohjelmoitava VersaClock 5 - kellogeneraattori (5P49V5901). Usean lähdön ja pienen tehokulutuksen ajoitusratkaisu on suunniteltu tuomaan joustavuutta sovelluksiin, joissa vaaditaan hyvin alhaista värinää, kuten dataliikenteen sovellukset.

Pitkälle integroidussa ohjelmoitavassa kellogeneraattorissa on neljä yleistä parilähtöä, jotka voivat tuottaa neljä erillistä kellosignaalia aina 350 megahertsiin asti erityyppisinä, kuten LCPECL-, LVDS-, HCSL- ja LVCMOS-signaaleina. Taajuudet generoidaan yhdestä referenssikellosta tai kidetulosta. Lähtöjen jakajat voidaan ohjelmoida I2C-liitännän kautta samaan aikaan, kun piiri toimii järjestelmässä. Kentällä tehtäviä päivityksiä varten piirillä on haihtumatonta muistia.

Kuten lohkokaavio alla esittää, yksi IDT5P49V5901-piiri (Device #1) tukee tehokasta 10G-linkin fyysistä osaa (PHY) useilla 10 gigabitin kello- ja datanpalautuspiireillä. Piiri tuottaa neljä referenssikello tiheitä 10G- ja 40G-sovelluksia varten. Sen matala tehonkulutus ja pieni viive maksimoivat datakeskuksen, palvelimen ja kytkimen tehokkuuden. Järjestelmäkytkintä varten 1-piiri tuottaa neljä valittavissa olevaa I2C:n kautta ohjelmoitavaa taajuutta (joko 156,25 tai 161,1328125 megahertsiä), sekä valittavat lähtöliitännät, joita ovat LVPECL tai LVDS.



Toinen IDT5P49V5901-piiri (Device # 4) tukee toista järjestelmäkytkintä, jossa on kaksi ohjelmoitavaa taajuutta: 125 megahertsin lähtö LVPECL- tai LVDS-signaalian ja toinen 125 megahertsin 1,8-volttinen LVCMOS-lähtö. Tämän 10GBASE-T:n fyysinen osa on tehonkulutukseltaan alhainen mutta suorituskykyinen 10G/1G/100M-lähetinvastaanotin, joka on suunniteltu prosessoimaan kaikki 10G-linkin fyysisen tason toiminnot yli sadan metrin kaapelissa. PHY-osaan on lisäksi integroitu RFI-poisto- ja MDI-suodatustekniika, jotta suorituskyky datakeskuksissa säilyisi korkeana ja samalla voidaan kutistaa linkin vaatimaa alaa ja sen kustannuksia. Kytkin tukee useita eri järjestelmäliitäntöjä (full KR, XFI, RXAUI, XAUI ja SGMII) ja yksiporttinen laite sopii erityisen hyvin verkkopalvelimiin sekä LAN-yhteyden toteuttamiseen emolevyillä.

Lisäksi ratkaisussa on kaksi muuta ohjelmoitavaa IDT5P49V5901-kellogeneraattoria, jotka tukevat suorituskykyistä tietoliikenneprosessoria. Tässä moniytimisessa suorittimessa on useita dataliikenne- ja verkkoliitäntöjä. Tässä tapauksessa yksi IDT5P49V5901 (Device #2) tuo neljä ohjelmoitavaa taajuutta (kaksi 100/125 tai 156,25 megahertsin ja kaksi 100- tai 125-megahertsistä HSCL-lähdöillä). Viimeinen kellogeneraattori tuottaa kolme tai neljä taajuutta toteutuksesta riippuen. Tässä sovelluksissa piiri tuottaa kolme tai neljä taajuutta, toteutuksesta riippuen. Tässä tapauksessa kellopiiri tuottaa myös sadan megahertsin HCSL-kanavan 2-lähtöiselle PCIe-puskurille.

Parempi suorituskyky, matalampi tehonkulutus

Ehdotettu ratkaisu vastasi asiakkaan koviin värinävaatimuksiin. Vaihevärinäarvoksi kirjattiin 0,7 pikosekuntia (RMS) koko 12 kilohertsin - 20 megahertsin alueella. Tämä täyttää niin PCI Expressin 1-, 2- ja 3-generaation kuin 1G/10G-ethernetin vaatimukset. Samalla IDT:n ratkaisu pienensi tehonkulutusta (ydintehonkulutus alle 100 mW) ja helpotti piirikortin lämpösuunnittelua. Tämä VersaClock 5:n erittäin pieni tehoarvo auttoi vähentämään kellopuun tehonkulutusta yli 75 prosenttia aiempaan suunnitteluun verrattuna. Uusi suunnittelu pienensi myös piirikortilla tarvittavaa alaa sekä BOM-kustannuksia. Yhdellä piirillä korvattiin useita kiteitä ja oskilaattoripiirejä, mikä pienensi selvästi komponenttien määrää ja kutisti ratkaisun kokoa. Näytepiirien välitön saatavuus ja evaluointikortit lyhensivät puolestaan kehitysaikaa ja mahdollistivat tuotteen nopeamman valmistumisen.

Asiakas piti myös kellopuun joustavuudesta. Yli tusina itsenäistä taajuutta ja valikoima erilaisia yksipäisiä ja differentiaalilähtöjä ohjelmoitavuuden arvo kasvoi. Sen lisäksi, että VersaClock 5 on ohjelmoitavissa I2C-liitännän kautta, piirillä on myös neljä kertaohjelmoitavaa muistipankkia. Tämä avasi ohjemoinnille uusia mahdollisuuksia. Esimerkiksi piirin #1 tukeman kytkimen taajuuden piti olla vaihdettavissa (156,25 MHz ja 161,1328125 MHz). Ohjelmoimalla kertaohjelmoitavat muistit eri taajuuksille asiakas pystyy kytkemään taajuudelta ja lähtösignaalilta toisille käyttämällä valittuja nastoja I2C-liitännän sijaan.

Lisäksi asiakas pystyy käyttämään IDT:n Timing Commander -ohjelmistoa näiden monimutkaisten konfiguraatioiden asettamiseen. Työkalun avulla VersaClock 5:n asetukset voidaan asettaa graafisessa käyttöliittymässä. Työkalun avulla voitiin ohjelmoida neljä lähtöjakajaa tuottamaan neljä itsenäistä lähtötaajuutta tai konfiguroimaan lähtöparit differentiaalisian lähtinä tai kahtena yksipäisenä LVCMOS-signaalilähtönä. Käyttäjä pystyi myös ohjaamaan järjestelmää ohjelmoimaan piirin I2C-liitännän kautta käynnistyksen yhteydessä, mikä ohitti tarvittaessa kertaohjelmoitavaan muistiin tallennetun konfiguroinnin.

Lopuksi

Kuten suunnitteluesimerkki osoittaa, tämän päivän suurta suorituskykyä edellyttävät dataliikenne- ja verkkojärjestelmät vaativat monimutkaisia ajastinratkaisuja. Yksinkertaiset erillispiireihin pohjaavat ratkaisut eivät enää riitä. Yhä useammin suunnittelijat tarvitsevat edistyneitä, pitkälle integroituja kellogeneraattoreita, jotka ovat pitkälle ohjelmoitavissa ja vastaavat silti kiihtyviin suorituskyvyn ja yhä alhaisemman tehonkulutuksen vaatimuksiin.

MORE NEWS

Anthropicin uudet mallit tuovat tehokkaamman koodaamisen AWS:lle

Anthropic on julkaissut uudet Claude 4 -sukupolven mallit ja ne ovat nyt saatavilla Amazon Bedrockissa. Claude Opus 4 ja Claude Sonnet 4 -mallien painopiste on erityisesti ohjelmoinnissa, pitkäjänteisessä päättelyssä ja tekoälyagenttien tukemisessa – ja niiden suorituskyky koodauksen tehtävissä on tällä hetkellä markkinoiden kärkeä.

Samsungin Edge näyttää tietä tulevaan

Samsungin uusi Galaxy S25 Edge rikkoo muotoilun rajoja, mutta ohuus tuo mukanaan myös merkittäviä kompromisseja. S-sarjan ohuin laite on vain 5,8 mm paksu ja painaa vain 163 grammaa, kaikkea ei voi saada samaan pakettiin.

Tamperelainen VLSI Solution yhdisti Linuxin ja RISC-V:n audioprosessorissa

Tampereella toimiva VLSI Solution on julkistanut uuden piirisarjan, joka yhdistää Linux-käyttöjärjestelmän, avoimen RISC-V-suorittimen ja reaaliaikaisen DSP-prosessorin samaan siruun. Uusi VSRVES01-piiri on suunniteltu erityisesti verkkoäänisovelluksiin ja IoT-laitteisiin, joissa tarvitaan sekä tehokasta signaalinkäsittelyä että joustavaa ohjelmistoalustaa.

Nokia kiihdyttää kotien Wi-Fi-verkot 9,4 gigabittiin

Nokia tuo markkinoille kaksi uutta Wi-Fi 7 -reititintä, jotka lupaavat ennennäkemätöntä nopeutta ja kattavuutta kotiverkkoihin. Malliston lippulaiva, Beacon 9, yltää jopa 9,4 gigabitin sekuntinopeuksiin.

Infineon vie galliumnitridin avaruuteen

Infineon Technologies on julkaissut uuden sukupolven säteilyä kestävät GaN- eli galliumnitridi-transistorit, jotka on valmistettu yhtiön omalla tehtaalla CoolGan-teknologiaan pohjautuen. Uutuustuotteet on suunniteltu kestämään avaruuden vaativia olosuhteita, ja yksi niistä on ensimmäinen täysin sisäisesti valmistettu GaN-laite, joka on saavuttanut Yhdysvaltain puolustuslogistiikkaviraston (DLA) myöntämän JANS.

Modeemeissa on eroja

Apple on ottanut ison askeleen irtautuessaan Qualcommin modeemeista ja julkaissut ensimmäisen oman 5G-modeeminsa, C1:n, iPhone 16e -mallin yhteydessä. Vaikka siirtymä tuo Applen laite- ja ohjelmistosuunnittelun entistä tiiviimmin yhteen, tuoreiden testien valossa Qualcommin modeemit tarjoavat edelleen parempaa suorituskykyä erityisesti nopeuden osalta.

Yokogawa istutti datankeruunsa PC:n kylkeen

Mittaus- ja testausyritys Yokogawa Test & Measurement on julkaissut uuden SL2000 High-Speed Data Acquisition Unit -laitteen, joka tuo perinteisen ScopeCorderin tehon suoraan PC:n ohjaukseen. Käytännössä kyse on siitä, että aiemman DL950:n ydin on siirretty PC-pohjaiseen järjestelmään, ilman omaa näyttöä, mutta varustettuna tehokkaalla datansiirrolla ja kehittyneillä ohjelmistoilla.

Oikein tehtynä jokainen NFC-liitos on erittäin turvallinen

NFC-teknologia (Near Field Communication) on jo pitkään mahdollistanut langattoman, nopean ja helppokäyttöisen yhteyden esimerkiksi maksutilanteissa, älylaitteiden yhdistämisessä ja tuotteiden tunnistamisessa. Viime vuosina turvallisuusnäkökulma on noussut keskiöön, ja oikein toteutettuna NFC-yhteydestä voi tulla paitsi vaivaton myös erittäin turvallinen.

Läpimurto akkuteknologiassa – litiumionien liike paranee 30 prosenttia

Tutkijat Münchenin teknillisestä yliopistosta (TUM) ovat kehittäneet uuden materiaalin, joka mahdollistaa litiumionien liikkeen yli 30 prosenttia aiempaa nopeammin. Kyseessä on maailmanennätys ionien johtavuudessa ja samalla merkittävä askel kohti tehokkaampia ja turvallisempia kiinteäakkuja.

OnePlus ottaa tietoisen riskin: tilakytkin vaihtuu monitoiminappiin

OnePlus on päättänyt luopua yhdestä tunnistettavimmista ominaisuuksistaan eli fyysisestä Alert Slider -tilakytkimestä ja korvata sen uudella ohjelmoitavalla Plus Key -painikkeella. Muutos on osa yhtiön uutta tekoälystrategiaa, jonka keskiössä on ”käyttäjäkohtaisesti mukautuva älykkyys”.

Nokia tappaa kuparin kuluttajien yhteyksistä

Nokian eilen julkistaman uuden 25G PON -linjakortin voi sanoa merkitsevän kuparikaapelointiin perustuvien kuluttajalaajakaistojen lopun alkua. Yhtiön mukaan uutuus tuo todelliset 10 gigabitin yhteydet koteihin kustannustehokkaasti. Tämä tekee kupariyhteyksistä teknisesti ja taloudellisesti vanhentuneita.

Xiphera palkittiin laitepohjaisesta salauksestaan

Suomalainen Xiphera on voittanut arvostetun ECSO STARtup Award 2025 -palkinnon Euroopan kyberturvallisuusjärjestön järjestämässä kilpailussa Haagissa. Palkinto myönnettiin yrityksen huippuluokan laitteistopohjaisista kryptografiaratkaisuista, jotka tarjoavat korkean turvallisuustason kriittisille toimialoille, kuten energia-, puolustus- ja tietoliikennesektorille.

Jokainen pörssiasiakas on 65,1 metrin kuituyhteyden päässä

Pörssikauppa Pohjoismaissa toimii yhä tarkasti säädellyissä olosuhteissa, vaikka teknologia loikkaa pilveen. Nasdaqin ja AWS:n huhtikuussa julkistama yhteistyö vie markkinainfrastruktuurin uudelle aikakaudelle, mutta yksi asia pysyy: jokaisella kaupankäyntiosapuolella on edelleen yhtä pitkä matka pörssijärjestelmään – kirjaimellisesti.

Siirtyminen 22 nanometriin on Silicon Labsille iso askel

Silicon Labs on julkistanut uuden sukupolven järjestelmäpiirit (SoC), jotka merkitsevät merkittävää teknologista harppausta yhtiön historiassa. Uudet Series 3 -piirit, SiXG301 ja SiXG302, valmistetaan edistyksellisellä 22 nanometrin valmistustekniikalla, mikä parantaa huomattavasti suorituskykyä, energiatehokkuutta ja integroitavuutta aiempiin sukupolviin verrattuna.

Arm-pohjainen prosessori pidentää selvästi läppärin käyttöikää

Uuden sukupolven kannettavat tietokoneet hyötyvät nyt merkittävästi Arm-pohjaisten prosessoreiden energiatehokkuudesta. HP:n uusimmat OmniBook 5 -sarjan mallit osoittavat, että kannettavan akunkesto voi yltää jopa 34 tuntiin. Tämä tarkoittaa useita päiviä tavallisessa käytössä ilman lataustarvetta.

Tekoäly tekee kyberhyökkäyksistä automatisoituja

Kyberhyökkäysten tahti kiihtyy globaalisti tekoälyn ja automaation myötä. Fortinetin kyberturvatutkimusyksikkö FortiGuard Labsin tuoreen Global Threat Landscape 2025 -raportin mukaan rikolliset hyödyntävät yhä enemmän automatisoituja työkaluja haavoittuvuuksien etsimiseen ja hyödyntämiseen, mikä lyhentää merkittävästi aikaa ensimmäisestä skannauksesta varsinaiseen hyökkäykseen.

Rustin rooli Linuxissa kasvaa

Uusimman Linux-ytimen version 6.15 myötä Rust-ohjelmointikielen tuki ottaa seuraavan askeleen ytimeen integroinnissa. Vaikka Rustin osuus on edelleen pieni, sen laajentaminen esimerkiksi ajastinjärjestelmään (hrtimer) ja ARMv7-arkkitehtuurin tuonti mukaan kertoo, että Rustille on löytymässä todellista käyttöä maailman tärkeimmässä avoimen lähdekoodin ohjelmistoprojektissa.

Mobiilinetti on kaupungeissa selvästi parempi

Liikenne- ja viestintävirasto Traficomin mukaan mobiiliverkon laatu vaihtelee Suomessa huomattavasti alueittain. Bittimittari.fi-palvelun mittausten perusteella suurimmat erot näkyvät yhteysnopeuksissa kaupunkien ja maaseudun välillä.

Telian datakeskus lämmittää 14 000 kerrostalokaksiota

Telian Helsinki Data Center pystyy nyt lämmittämään jopa 14 000 kerrostalokaksiota. Tämä on mahdollista, kun datakeskuksen hukkalämmön talteenoton kapasiteetti nostettiin keväällä 2025 peräti 90 prosenttiin aiemmasta 60 prosentista.

Tekoäly pysäyttää junan vaaratilanteissa

VTT ja teknologiayhtiö ToolTech ovat kehittäneet tekoälypohjaisen sensorijärjestelmän, joka parantaa turvallisuutta ja tuottavuutta haastavissa ympäristöissä – aina sumuisista rautateistä pölyisiin kaivoksiin. Uusi järjestelmä kykenee havaitsemaan esteet, kuten ihmiset ja eläimet, jopa 200 metrin etäisyydeltä ja ilmoittamaan niistä ajoneuvon kuljettajalle reaaliajassa.

3D-tulostus on tie kestävään elektroniikkavalmistukseen

ETN - Technical articlePerinteinen elektroniikan valmistus perustuu prosesseihin, jotka johtavat usein materiaalihävikkiin, korkeisiin työkalukustannuksiin ja merkittäviin varastointikuluihin. Viime vuosina lisäävä valmistus (additive), erityisesti 3D-tulostus, on kuitenkin alkanut nousta varteenotettavaksi vaihtoehdoksi elektroniikan valmistuksessa, sillä se tarjoaa lisää suunnittelun joustavuutta sekä mahdollisia ympäristö- ja taloudellisia etuja.

Lue lisää...

Näin otat tekoälyn käyttöön teollisuudessa

Vaikka monet organisaatiot ovat jo ottaneet käyttöön perinteisiä tekoälyagentteja, tie täysin autonomisiin tekoälyagentteihin voi sisältää haasteita. Tekemällä strategisia investointeja ja omaksumalla metodisen lähestymistavan agenttien skaalaamiseen, sekä niiden erityisten roolien määrittelyyn, teollisuusyritykset voivat päästä loputtomalta tuntuvien kokeilujen yli ja alkaa nauttia tekoälyagenttien hyödyistä todellisessa elämässä, kirjoittaa teollisuuden ohjelmistoja kehittävän IFS:n tekoälyjohtaja Bob De Cuax.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
R&S -seminaari: Calibration
Tampereella 22.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Aerospace & Defence Testing
Tampereella 5.6.2025. Tiedustelut asiakaspalvelu@rohde-schwarz.com
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 
 
article