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

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