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

Selain on yritysten tietoturvan sokea piste

Yritykset nojaavat yhä enemmän verkkoselaimiin päivittäisessä työssään, mutta samalla altistuvat vakaville tietoturvauhille. NordLayerin kyberturva-asiantuntijan mukaan perinteiset selaimet muodostavat tietoturvan sokean pisteen, jota on vaikea valvoa ja suojata – erityisesti pienemmissä organisaatioissa, sanoo NordLayerin asiantuntija Edvinas Buinovskis.

FakeUpdates vaikutti 6 prosentissa organisaatioita

Tietoturvayritys Check Point Software Technologies on julkaissut huhtikuun 2025 haittaohjelmakatsauksensa. Raportin mukaan FakeUpdates jatkoi maailman yleisimpänä haittaohjelmana, vaikuttaen 6 prosenttiin organisaatioista maailmanlaajuisesti. Suomessa sen esiintyvyys oli 4,02 prosenttia.

Yksi ainoa molekyyli parantaa kennon suorituskykyä 0,6 prosenttia – ja sillä on merkitystä

Uusi kansainvälinen tutkimus osoittaa, että synteettinen molekyyli nimeltä CPMAC voi merkittävästi parantaa perovskiittipohjaisten aurinkokennojen tehokkuutta ja käyttöikää. Vaikka hyötysuhde parani vain 0,6 prosenttia, sillä on todellista merkitystä: suuressa mittakaavassa, kuten yhden gigawatin aurinkovoimalassa, se voi tuottaa tarpeeksi lisäenergiaa jopa 5000 kotitaloudelle.

Intel katkaisee linkin grafiikan ja CPU:n väliltä

Intel on virallisesti lopettanut Deep Link -teknologiansa kehityksen ja tuen, lopettaen näin kunnianhimoisen yrityksen yhdistää prosessorin ja näytönohjaimen voimat tiiviimmäksi kokonaisuudeksi.

Autojen tutkapiiri kutistui, teho kasvoi kaksinkertaiseksi

NXP Semiconductors on julkaissut uuden sukupolven tutkapiirin, joka mullistaa autonomisten ajoneuvojen tutkajärjestelmät. Uusi S32R47-imaging-tutkaprosessori tarjoaa jopa kaksinkertaisen suorituskyvyn edeltäjäänsä verrattuna ja mahtuu silti 38 prosenttia pienempään fyysiseen tilaan.

Vuoden lopulla jo 240 watin USB-lataus suoraan pistokkeesta

Pistorasiaan integroitava USB-lataus on siirtymässä täysin uudelle aikakaudelle. Brittiläinen tehoelektroniikkayritys Pulsiv on kehittänyt ensimmäisen valmiin ratkaisun, joka mahdollistaa jopa 240 watin USB-C-latauksen suoraan tavallisesta seinäpistokkeesta. Kyseessä on merkittävä tekninen läpimurto, joka voi muuttaa tapaa, jolla kannettavat tietokoneet, älypuhelimet ja jopa pienet kodinkoneet tai sähkötyökalut ladataan kotona ja työpaikoilla.

Omdia: Puolijohteet uuteen ennätykseen

Vuosi 2024 oli puolijohdeteollisuudelle historiallinen, sillä alan liikevaihto nousi Omdian mukaan 25 prosenttia edellisvuodesta ja ylsi ennätykselliseen 683 miljardiin dollariin. Kasvun moottorina toimi erityisesti tekoälyyn liittyvä kysyntä, joka nosti muistipiirien myynnin huikeaan 74 prosentin kasvuun.

Uusi standardi parantaa Bluetoothin tietoturvaa

Bluetooth-teknologia on saanut merkittävän päivityksen, joka parantaa käyttäjien yksityisyyttä ja laitteiden virrankulutusta. Bluetooth Special Interest Group (SIG) on julkaissut uuden Bluetooth Core Specification 6.1 -version, jossa keskeisenä uutuutena on satunnaistettu laiteosoitteiden päivitys – askel kohti vaikeammin jäljitettävää langatonta viestintää.

Tesla kiertää työsaartoa Ruotsissa suomalaisyrityksen kautta

Tesla on ajautunut erikoiseen selkkaukseen Ruotsin ay-liikkeen kanssa, ja yhtiö on nyt ryhtynyt kiertämään työtaistelutoimia suomalaislähtöisen yrityksen avulla. Kyseessä on ahvenanmaalainen ACS-konserni (Automation & Charger Solar), joka on aloittanut Teslan superlatureiden asennukset Ruotsissa kesken laajaa ay-liikkeen tukemaa saartoa.

Tehoelektroniikan PCIM oli suurempi kuin koskaan aikaisemmin

Nürnbergissä tällä viikolla järjestetty PCIM Expo & Conference 2025 ylitti odotukset niin laajuudeltaan kuin sisällöltään. Tapahtuma kasvoi tänä vuonna kuuteen näyttelyhalliin ja kattoi yhteensä 41 500 neliömetriä – enemmän kuin koskaan aiemmin. Näyttely houkutteli paikalle 685 näytteilleasettajaa ja noin 16 500 kävijää eri puolilta maailmaa.

Tuki uudelle USB4:lle laajenee

Testaus- ja simulaatiojärjestelmistään tunnettu Keysight Technologies on julkaissut päivitetyn version System Designer for USB -työkalustaan. Uusin versio tukee nyt USB4 v2-standardia, mikä mahdollistaa uusimpien USB-teknologioiden hyödyntämisen jo suunnitteluvaiheessa.

Python jyrää: Suosio ennätyslukemissa

Python ei ole vain suosituin ohjelmointikieli maailmassa – se on nyt suositumpi kuin yksikään kieli yli 20 vuoteen. Samalla kieli kehittyy entisestään, sillä toukokuussa julkaistu Python 3.14 -beta tuo mukanaan nipun merkittäviä uudistuksia, jotka tekevät kielen käytöstä entistäkin miellyttävämpää ja tehokkaampaa.

RedCap vie IoT:n todelliseen 5G-aikaan

5G RedCap -teknologia on suunniteltu kuromaan umpeen kuilua energiatehokkaiden ja erittäin nopeiden verkkojen välillä, avaten tien uuden sukupolven IoT-laitteille. Tutustu, miten tämä teknologia mullistaa 5G-ekosysteemin ja vie IoT-sovellukset täysin uudelle tasolle.

Infineon sai vihreää valoa Dresdenin uudelle tehtaalle

Infineon Technologies on saanut Saksan liittovaltion talousministeriöltä lopullisen rahoituspäätöksen uuden, huipputeknologiaan keskittyvän puolijohdetehtaan rakentamiseksi Dresdeniin. Yritys investoi Smart Power Fab -nimiseen tuotantolaitokseen yli viisi miljardia euroa omia varojaan. Hanke tuo arviolta 1000 uutta työpaikkaa alueelle.

Nokian uusi kuituratkaisu korvaa kuparikaapelit

Nokia on julkistanut uuden Aurelis Optical LAN -ratkaisunsa, joka tarjoaa yrityksille kehittyneen ja pitkäikäisen vaihtoehdon perinteisille kuparipohjaisille lähiverkoille. Uusi kuitutekniikka vähentää merkittävästi kaapelointia ja energiankulutusta, tarjoten samalla huippunopeaa ja luotettavaa verkkoyhteyttä tulevaisuuden tarpeisiin.

Aurinkosähköä rakennettiin ennätysmäärä viime vuonna

Viime vuonna maailmassa rakennettiin ennätykselliset 597 gigawattia (GW) uutta aurinkosähkökapasiteettia, selviää SolarPower Europen tuoreesta Global Market Outlook for Solar Power 2025–2029 -raportista. Kasvua edellisvuodesta kertyi peräti 33 prosenttia, mikä tekee vuodesta 2024 historian parhaan aurinkosähkön asennusvuoden.

EU saa oman alustan piirien suunnitteluun

Euroopan unioni panostaa vahvasti puolijohteiden kehitykseen ja ottaa uuden askeleen kohti teknologista omavaraisuutta. Belgialaisen tutkimuskeskus Imecin johdolla käynnistyy European Chips Design Platform -niminen hanke, jonka tavoitteena on luoda yhteiseurooppalainen alusta integroitujen piirien suunnitteluun.

Uusi atomikello jätättää sekunnin 100 miljoonassa vuodessa

Yhdysvaltain kansallinen standardi- ja teknologiainstituutti (NIST) on ottanut käyttöön uuden sukupolven atomikellon, joka määrittää ajan ennenäkemättömällä tarkkuudella. NIST-F4-nimeä kantava kellojärjestelmä pystyy käymään virheettömästi jopa 100 miljoonan vuoden ajan heittäen enintään sekunnin.

Euroopan komponenttikauppa odottaa vieläkin käännettä kasvuun

Euroopan komponenttien jakelumarkkinoilla ei vieläkään näy merkkejä käänteestä parempaan. DMASS Europen tuoreiden tilastojen mukaan vuoden 2025 ensimmäinen neljännes toi mukanaan tuntuvan 14,3 prosentin laskun koko markkinalle, ja kokonaismyynti jäi 3,92 miljardiin euroon. Erityisesti puolijohteet jatkoivat jyrkkää laskuaan, romahtaen lähes 20 prosenttia 2,37 miljardiin euroon.

Kontronilla erinomainen alkuvuosi

Kontron aloitti vuoden 2025 vahvasti, raportoidessaan merkittävää kasvua kannattavuudessa ja tilauskannassa. Samalla yhtiö laajentaa IoT-tuotevalikoimaansa uudella LTE-yhteyksiä hyödyntävällä teollisuuslaitteella.

RedCap vie IoT:n todelliseen 5G-aikaan

5G RedCap -teknologia on suunniteltu kuromaan umpeen kuilua energiatehokkaiden ja erittäin nopeiden verkkojen välillä, avaten tien uuden sukupolven IoT-laitteille. Tutustu, miten tämä teknologia mullistaa 5G-ekosysteemin ja vie IoT-sovellukset täysin uudelle tasolle.

Lue lisää...

Selain on yritysten tietoturvan sokea piste

Yritykset nojaavat yhä enemmän verkkoselaimiin päivittäisessä työssään, mutta samalla altistuvat vakaville tietoturvauhille. NordLayerin kyberturva-asiantuntijan mukaan perinteiset selaimet muodostavat tietoturvan sokean pisteen, jota on vaikea valvoa ja suojata – erityisesti pienemmissä organisaatioissa, sanoo NordLayerin asiantuntija Edvinas Buinovskis.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
R&S -seminaari: 6G
Oulussa 13.5.2025 (rekisteröidy)
Espoossa 14.5.2025 (rekisteröidy)
 
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