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...

FPGA-piireistä on yhä useammin tulossa järjestelmien keskuksia, joten niiden tehonsyötön suunnitteluun pitää kiinnittää erittäin paljon huomiota. Usein valmis moduuli on parempi kuin erilliskomponentteihin nojaava ratkaisu.

Artikkelin kirjoittaja Bob Blake toimii Alteran Enpirion-tuoteryhmän liiketoiminnan kehityksestä vastaavana johtaja Euroopassa. Hän vastaa liiketoiminnan kasvattamisesta varmistaen, että asiakkaiden suunnittelukokemus on onnistunut ja tuote vastaa asiakkaan vaatimuksia. Bob tuli Alteralle vuonna 2000 ja hän on työskennellyt yrityksessä useissa eri markkinointitehtävissä. Aiemmin hän vastasi esimerkiksi Alteran nopeiden lähetinvastaanottimien teknisestä markkinoinnista. Hänellä on yli 20 vuoden kokemus elektroniikka-alalta suunnittelun ja johtotehtävien parissa. Hänellä on elektroniikkasuunnittelijan tutkinto Portsmouthin yliopistosta.

FPGA- ja järjestelmäpiireille on tulossa sekasignaalitoimintoja, joiden myötä järjestelmätason suorituskyky kasvaa ennen näkemättömälle tasolle. Jotta näistä monimutkaisista piireistä saisin halutun suorituskyvyn irti, suunnittelijan täytyy ottaa huomioon niiden ankarat tehovaatimukset. Vaikka jännite- ja virtamääritykset ovat kriittisiä tekijöitä, tehomääritysten yksityiskohdat tulevat tarkkuuden rajoista, värinän siedosta ja vasteista virrantarpeen heittelyihin.

Järjestelmän monimutkaistuessa ja suorituskyvyn kasvaessa piirien tehovaatimukset voivat olla merkittäviä. High end -sovelluksissa FPGA-teho on kriittinen tekijä, sillä pelkkä ytimen tarve voi olla kymmeniä ampeereja. Kun tähän lisätään kovakoodatut prosessorit, lähetinvastaanottimet (transceivers), sisäänrakennetut IP-lohkot, ja muut I/O-liitäntästandardit, lopullinen tehobudjetti voi ylittää sata ampeeria. Siksi on selvää, että millä tahansa tekniikalla, jolla voidaan parantaa piirin tehonkulutusta ja energiatehokkuutta voi olla hyvin suuri vaikutus. Esimerkiksi yhden prosentin parannus energiatehokkuuteen voi pienentää piirin tehonkulutusta jopa 270 milliwattia.

Toinen FPGA-suunnittelun virtaistamisessa huomioon otettava ominaisuus on sen herkkyys sähköiselle kohinalle. Ensinnäkin FPGA-piireillä on hyvin tiukat tulojännitetoleranssit, joten teholähteen pitää olla erittäin tarkka ja vähän väreilevä (low ripple) vastatakseen näihin vaatimuksiin. Toiseksi FPGA-piirin operationaalinen kuorma voi vaihdella dramaattisesti, mikä johtaa erittäin nopeisiin muutoksiin tehonsyötössä. FPGA-sovellukset voivat olla hyvin data-algoritmikeskeisiä, mutta tällainen prosessointi ei aina ole determinististä, joten piirin tehontarve vaihtelee joskus äkillisestikin. Nopea vaihtelu aiheuttaa piikkejä virrantarpeeseen, joten teholähteen pitää pystyä vastaamaan näihin nopeasti. Optimaalisen teholähteen pitäisi pystyä tähän mahdollisimman pienellä määrällä lisäkomponentteja, kuten kondensaattoreita. FPGA-ydin, lähetinvastaanottimet ja PLL-osat ovat alttiina tällaisille virtapiikeille, joten niiden tehonsyötön pitää olla erittäin puhdas, jottei järjestelmään pääse värinää (jitter).

Lopuksi suunnittelijan pitää vielä ymmärtää, että kun FPGA-piiristä tulee järjestelmän keskus, siinä pitää todennäköisesti tukea useampia I/O-standardeja. Tyypillisesti tämä johtaa virtalinjojen määrän kasvattamiseen. Useimmat suunnittelijat ovat tottuneita tällaisiin monimutkaisiin, ahtaiden tilojen suunnitteluihin, joten integroitu teholähderatkaisu varmistaa, että piirikorttialan tarve pysyy mahdollisimman pienenä. Yksinkertaisemmissa, matalatehoisissa suunnitteluissa erillisten teholähteiden käyttö on ollut toimiva ratkaisu. Vaikka tämä on potentiaalisesti halvempi ratkaisu, suunnitteluun kuten vaikkapa induktorin karakterisointiin voi kulua paljon aikaa. Tyypillisesti nollasta aloitetussa suunnittelussa tämä vie noin kuukauden pidempään kuin valitsemalla teholähdemoduulin suunnitteluunsa.

Erillisteholähteitä käytettäessä värinän kontrollointi ja tehonsyötön toleransseihin vastaaminen koko FPGA-piirillä erilaisissa kuormissa on yksi lisähaaste suunnittelijalle. Integroidun moduulin käyttö, jossa kytkin, ohjain ja magneettiset osat on integroitu yhteen koteloon, on tulossa käyttökelpoiseksi, luotettavaksi ja kompaktimmaksi vaihtoehdoksi. Esimerkiksi Enpirion-perheen PowerSoC-moduulit operoivat korkeammalla taajuudella kuin perinteiset DC-DC-muuntimet, minkä ansiosta magneettiset osat voidaan pitää mahdollisimman pieninä ja integroida ne suoraan moduuliin. Erillisratkaisuun verrattuna uusi digitaalisesti ohjattu EM1130-moduuli vie tyypillisesti 360 neliömillin verran tilaa 30 ampeerin lähdöllä (ks. kuvaa 1).

Kuva 1. Tehomoduulin käyttäminen säästää arvokasta piirikorttialaa.

Tämän päivän FPGA-piireissä halutaan hyödyntää mitä tahansa tekniikoita, joilla kokonaistehobudjettiin voidaan vaikuttaa tehonkulutusta alentamalla. Yksi esimerkki innovatiivisesta lähestymistavasta on kyky tukea piirin jännite-ID-toimintoa (VID, voltage ID). Tähän päästään lisätestaamalla FPGA-piiriä valmistuksen aikana. Monitoroimalla ytimen jännitettä, jossa yksittäinen piiri toimii tietyn rekisterin nopeusrajalla, voidaan tämä jännite asettaa piirin asetukseksi. Tämä vaihtelu ytimen jännitearvosta tietyssä suorituskykyvaatimuksessa voi vaikuttaa piirin tehontarpeeseen merkittävästi. Esimerkiksi Alteran Arria 10 -sarjan FPGA-piirissä VID-toimintoa käyttämällä voi säästää staattisessa tehonkulutuksessa jopa 40 prosenttia (ks kuva 2).

Kuva 2. Hyödyntämällä innovaatioita kuten VID voidaan merkittävästi pienentää FPGA-piirien tehobudjettia.

Jotta tämä toimisi, pitää teholähteen kyetä lukemaan tämä jännite ja asettamaan lähtöjännite (Vout) sen mukaisesti. Uusimmat tehomoduulit, kuten Enpirion EM1130, tekevät tämän käyttämällä standardia PMBus-protokollaa. Tämä sarjaliitäntä osaa lukea FPGA-piiriä ja settaa ydinjännitteen piirin yksilöllisten vaatimusten mukaisesti. PMBus-väylää voidaan käyttää lähtöjännitteen hallintaan, mutta sen kautta voidaan myös mitata jännitettä, virtaa ja lämpötilaa piirillä. PMBus-protokollakäskyjä voidaan käyttää ohjaamaan yksittäisiä tehomoduuleja, mikäli suunnittelussa on useita teholähdemoduuleja samassa virtalinjassa. Tämä menetelmä antaa myös mahdollisuuden konfiguroida virtalinja tuotantolinjalla, koska EM1130-moduuliin voidaan tallentaa kahdeksan eri teho-oletusasetusta, joita voidaan ottaa käyttöön muuttamalla ulkoisen resistorin arvoja.

Tehonhallintamoduulien täytyy perustua uusimpaa teknologiaan ja topologiaan, jotta ne voisivat vastata suorituskykyisimpien FPGA-piirien kehittyviin vaatimuksiin. EM1130-moduulin tapauksessa tämä tarkoittaa viimeisimmän LDMOS-tekniikan hyödyntämistä, joka mahdollistaa perinteisiä mosfetteja korkeampien taajuuksien käytön ilman transistorihävikkiä (tai energiatehokkuuden putoamista), joka normaalisti esiintyy kun transistoreja ajetaan korkeammalla kellotaajuudella. Tämä pätee paitsi FPGA-ytimeen myös lähetinvastaanottimiin.

Aiemmin FPGA-valmistajat saattoivat suositella LDO-regulaattoria lähetinvastaanottimille. Kun lähettimien määrä FPGA-piirillä kasvaa, niiden sähköistäminen LDO-regulaattorilla on tullut epäkäytännölliseksi. Kytkinmuuntimen käytöstä tulee välttämätöntä, kun halutaan varmistaa että lähetinvastaanottimet toimivat virheettömästi suurimmissa datanopeuksissa.

Tehonhallintamoduulia valitsevien suunnittelijoiden pitäisi huolellisesti seurata piirinsä toimintataajuutta useista eri syistä. Ensinnäkin se vaikuttaa suoraan piirin kokoon, koska vaadittujen magneettiosien koko riippuu taajuudesta. Toiseksi toimiminen korkeilla taajuuksilla tuo käyttöön nopean laajakaistaisen palautepolun, jonka avulla tehontarpeen nopeisiin vaihteluihin voidaan vastata nopeasti ilman, että piirillä käytetään fyysisesti suurikokoisia transistoreita. Värinän pitäminen toleranssin rajoissa, tyypillisesti +/- 30 millivoltissa useimmissa FPGA-piireissä on keskeisen tärkeää. EM1130-moduulissa tämä heittely voidaan jäädä niinkin alhaiseksi kuin +/- 8 millivolttiin, mikä ylittää minivaatimukset , kuten lähtöjännitteen +/- 0,5 prosentin vaihteluvälin selvästi.

Kuva 3. Värinän ja transienttivasteiden tiukka regulointi lisäävät järjestelmän kokonaisluotettavuutta.

Tiukasti paketoiduissa korttisuunnitteluissa myös lämpösuorituskyky (thermal performance) on tärkeää ottaa huomioon. On selvää, että tehonmuunnospiirin energiatehokkuus vaikuttaa tähän suuresti. Lämmön johtaminen moduulikotelosta järjestelmän piirikortille auttaa lämmön hallinnassa. Esimerkiksi EM1130-moduuli käyttää PCB-alustaa, jossa on paksu kuparikerros auttamassa lämmönjohtumista. Tämä lähestymistapa poistaa tarpeen käyttää jäähdytyselementtiä tai jotain muuta lämmönhallinnan tekniikkaa.

FPGA-suunnittelun tehovaatimusten huomioon ottaminen on tärkeä osa koko suunnitteluprosessia. Se myös varmistaa, että sovellus toimii luotettavasti koko elinkaarensa ajan.

MORE NEWS

Bevenic laajensi elektroniikan tuotantoaan Kuopiossa

Suomalainen Bevenic Oy on avannut uuden huipputeknologiaa hyödyntävän elektroniikkatehtaan Kuopion Pieni-Neulamäkeen. Investointi vahvistaa yhtiön kotimaista tuotantokapasiteettia ja tukee sen kasvustrategiaa erityisesti kriittisissä sovelluksissa, kuten lääketieteessä, turvallisuudessa ja puolustusteollisuudessa.

DigiKey tarjoaa ilmaisen verkkokurssin Zephyr-ajurien kirjoittamiseen

DigiKey, yksi maailman suurimmista elektroniikkakomponenttien jakelijoista, on julkaissut ilmaisen verkkokurssin, jossa opetetaan Zephyr-käyttöjärjestelmälle kirjoitettavien laiteajureiden kehitystä. Kurssin vetää tunnettu sulautettujen järjestelmien kouluttaja Shawn Hymel, ja se on suunnattu sekä opiskelijoille että ammattilaisille, jotka haluavat kehittää osaamistaan sulautetun ohjelmistokehityksen vaativammissa osa-alueissa.

EU kehittää droneja Nokian johdolla

Euroopan unioni on käynnistänyt mittavan drone- ja robotiikkahankkeen, jonka vetovastuuseen on valittu suomalainen Nokia. Uusi PROACTIF-projekti tähtää Euroopan teknologisen omavaraisuuden vahvistamiseen ja kriittisen infrastruktuurin turvaamiseen miehittämättömien järjestelmien avulla.

Nyt voi jäljittää FreeRTOS-koodia ilmaiseksi

Ruotsalainen sulautettujen järjestelmien asiantuntijayritys Percepio on julkaissut ilmaisen työkalun FreeRTOS-kehittäjille. Uusi Percepio View tarjoaa ammattilaistason jäljitysdiagnostiikkaa ja auttaa kehittäjiä ymmärtämään järjestelmänsä toimintaa visuaalisesti.

Tekoäly on tulevaisuudessa osa kaikkia sovelluksia

AWS:n Suomen ja Baltian teknologiajohtaja Jarkko Hirvonen kannustaa suomalaisyrityksiä tekoälykokeiluihin. Tekoäly on tulevaisuudessa osa kaikkia sovelluksia. Mukaan kehitykseen kannattaa hypätä heti.

Asusin reitittimiä kaapattiin osaksi bottiverkkoa

Yli 9000 Asusin reititintä on kaapattu osaksi laajaa bottiverkkoa, joka tunnetaan nimellä AyySSHush. Hyökkäys hyödynsi haavoittuvuutta CVE-2023-39780, jonka avulla hyökkääjät saivat luvattoman SSH-yhteyden reitittimiin ja asensivat niihin pysyvän takaoven.

OnePlus Pad 3 on erinomainen laite, jossa on harmittava puute

OnePlus on julkaissut uuden Pad 3 -tablettinsa ja laite on ilman muuta yhtiön tähän asti kunnianhimoisin tablettipanostus. Laitteen rauta on huippuluokkaa, ja se sopii suorituskykynsä puolesta täysipainoisesti myös työkäyttöön – ainakin melkein.

ST istutti Qualcommin Wi-Fi- ja Bluetooth-radiot mikro-ohjaimen kylkeen

STMicroelectronics on julkistanut ensimmäisen Wi-Fi- ja Bluetooth-moduulinsa, , joka tuo langattoman yhteyden suoraan STM32-mikro-ohjainten rinnalle. ST67W611M1-oduuli pohjautuu Qualcommin langattomaan radiotekniikkaan ja toimii tytärprosessorina (network coprocessor), joka hoitaa Wi-Fi 6:n ja Bluetooth Low Energy 5.4:n itsenäisesti.

Liedossa ryhdytään lataamaan sähkörekkoja megawatin teholla

Suomen ensimmäinen megawattiluokan sähkörekoille tarkoitettu julkinen latausasema avataan Lietoon syyskuussa 2025. Plugit Finland Oy:n rakentama asema hyödyntää MCS (Megawatt Charging System) -standardia ja tarjoaa jopa 1000 kilowatin eli yhden megawatin lataustehon neljällä paikalla.

Osaajapula hidastaa yritysten tekoälyn käyttöä Suomessa

Tuore AWS:n teettämä Pohjoismaiden laajuinen selvitys paljastaa, että tekoälyn käyttöönotto etenee Suomessa samaa tahtia muiden Pohjoismaiden kanssa – mutta kehitystä hidastaa kasvava osaajapula.

ROHMin uudet ohjaimet osaavat päätellä itsenäisesti

ROHM on liittynyt kehittyneiden tekoälyä hyödyntävien mikro-ohjainten valmistajien joukkoon julkaisemalla uuden sukupolven AI-ohjaimet, jotka kykenevät itsenäisesti oppimaan ja päättelemään laitteessa ilman pilvipalveluita tai verkkoa. Uudet ML63Q253x- ja ML63Q255x-sarjat ovat alan ensimmäiset mikro-ohjaimet, jotka suorittavat sekä koneoppimisen että päättelyn täysin laitteessa (“on-device AI”).

Mitä startup voi tehdä, jos ei osaa koodata?

Startupien ei enää tarvitse jäädä odottamaan teknistä perustajaa tai ulkopuolista kehittäjää. Ruotsalainen Lovable on muuttamassa tapaa, jolla sovelluksia rakennetaan Euroopassa – tekoälyn avulla, ilman koodaustaitoja. - Tällä hetkellä kuka tahansa voi rakentaa toimivan sovelluksen ilman riviäkään koodia, sanoi yhtiön tiimiin kuuluva Viktor Eriksson eilen AWS Summit -tapahtumassa Tukholmassa.

Usko tai älä – pula IPv4-osoitteista hidastaa edelleen yrityksiä

Vaikka internet on kehittynyt valtavasti, yksi sen peruselementeistä – IP-osoitteet – aiheuttaa yhä yllättäviä ongelmia. IPv4-osoitteiden niukkuus ei ole historiaa, vaan monille yrityksille se on edelleen konkreettinen kasvun este.

Langattomasti 40 kertaa Bluetoothia nopeammin

Kanadalainen SPARK Microsystems on julkaissut toisen sukupolven ultra wideband (UWB) -vastaanotinpiirinsä, SR1120:n, joka nostaa lyhyen kantaman langattoman viestinnän uudelle tasolle. Uusi piiri tarjoaa jopa 40 kertaa suuremman tiedonsiirtonopeuden kuin Bluetooth – samalla kun se kuluttaa 25 kertaa vähemmän virtaa ja tuottaa 60 kertaa pienemmän viiveen.

LUMI-superkoneeseen dataa Nokian teknologialla 1,2 terabitin nopeudella

CSC eli Tieteen tietotekniikan keskus, Alankomaiden tutkimuslaitosten ICT-operoija SURF ja Nokia ovat onnistuneesti testanneet huippunopean, 1,2 terabitin sekuntinopeuteen yltävän tiedonsiirron Alankomaiden Amsterdamin ja Suomen Kajaanin välillä. Yli 3500 kilometrin mittainen kuituyhteys valmistaa tietä LUMI-AI-superkoneen ja tulevien tekoälytehtaiden massiivisille tietomäärille.

Onko tekoäly nyt uusin uhka tietoturvalle?

Tekoäly on tullut jäädäkseen – siitä ei ole epäilystäkään. Mutta mitä tapahtuu, kun siitä tulee myös kyberturvallisuuden suurin uhka?

Gigabitin sarjaväylä aikoo korvata CAN-väylän autoissa

Analog Devicesin kehittämä GMSL-teknologia avataan teollisuusstandardiksi uuden OpenGMSL-yhdistyksen kautta. Mukana laaja joukko autoteollisuuden ja puolijohdeteollisuuden suuria nimiä.

Bluetoothin uudet ominaisuudet käyttöön pienellä USB-tikulla

Sennheiser esittelee kompaktin mutta tehokkaan Bluetooth-adapterin, joka tekee huippuluokan langattomasta äänestä helposti saavutettavaa. Vain 2,2 grammaa painava ja 24 mm pitkä BTD 700 -adapteri mahdollistaa aptX Lossless- ja aptX Adaptive -koodekkien sekä Auracast-ominaisuuden käytön millä tahansa USB-C- tai USB-A-liitännällä varustetulla laitteella.

Uusi HDMI tulee, mutta miten se pärjää haastajaa vastaan?

HDMI 2.2 on täällä ja pian kehittäjien käsissä – ja tuo mukanaan huimat 96 Gbps kaistanleveyden, uudet synkronointiprotokollat ja kehittyneemmän video- ja äänensiirron. Mutta samanaikaisesti Kiinasta nousee aivan uusi haastaja: GPMI. Tämä täysin uudenlainen liitäntästandardi lupaa paitsi nopeampaa tiedonsiirtoa, myös radikaalisti yksinkertaisemman laiteliitännän.

Nokia mukana kehittämässä kvanttiturvallisia verkkoja

Nokia on lähtenyt mukaan merkittävään kansainväliseen yhteistyöhön, jossa kehitetään kvanttiturvallisia salausratkaisuja seuraavan sukupolven tietoverkkoihin. Yhteishankkeessa Nokian kumppaneina toimivat yhdysvaltalainen Honeywell sekä kansainvälinen verkkoinfrastruktuuriyhtiö Colt Technology Services.

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...

Onko tekoäly nyt uusin uhka tietoturvalle?

Tekoäly on tullut jäädäkseen – siitä ei ole epäilystäkään. Mutta mitä tapahtuu, kun siitä tulee myös kyberturvallisuuden suurin uhka?

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