ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ECF26 infobanner

IN FOCUS

Agenttinen tekoäly tarttuu RTL-verifioinnin tuottavuusongelmaan

Agenttinen tekoäly siirtää RTL-verifioinnin painopistettä yksittäisten työkalujen automatisoinnista koko työnkulun älykkyyteen. Siemens EDA:n tavoitteena on vähentää koordinointiin kuluvaa aikaa ilman, että suunnitteluinsinöörit menettävät kontrollin prosessista.

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

logotypen

Jun # 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

Lähellä kynnysjännitettä tulee isoja haasteita

Tietoja
Kirjoittanut Qian Yu, ARM
Julkaistu: 19.04.2016
  • Suunnittelu & ohjelmointi

Kynnysjännite on alhaisin jännite, jolla transistorista tulee johtava. Ohjainpiireissä käyttöjännitteissä lähestytään tätä rajaa, mutta samalla kehitys tuo monenlaisia haasteita. Ne ovat kuitenkin ratkaistavissa, kertoo englantilainen ARM.

Artikkelin kirjoittaja Qian Yu toimii englantilaisen ARM:n teknisen markkinoinnin päällikkönä. Hän on työskennellyt Broadcomilla elektroniikka-suunnittelijana vuosina 2002-2004 ja Alteralla vuosina 2004-2005. ARM:lle Qian tuli suunnittelijaksi kesäkuussa 2006. IoT-ratkaisujen kehityksestä vastaavana markkinointipäällikönä hän aloitti kesällä 2011. Hänellä on elektroniikkasuunnittelijan tutkinto Berkeleyn yliopistosta sekä markkinointitutkinto Santa Claran yliopistosta.

Esineiden internetiä varten kehitettyjen tuotteiden ja sovellusten määrä kasvaa nopeasti. Sen seurauksena IoT-sovelluksiin sopivien järjestelmäpiirien kysyntä on kova. Tämä pätee erityisesti ns. loppupään laitteisiin kuten anturisolmuihin ja WiFi- ja BLE-pohjaisiin (Bluetooth Low Energy) radioihin ja verkkoihin. Näitä näkee laajassa valikoimassa sovelluksia äänen käsittelystä ympäristöä valvoviin anturisolmuihin ja erityisesti energiankeruun järjestelmiin. Monet näistä sovelluksista täytyy sähköistää pienen energiatiheyden nappiparistotyyppisillä akuilla, joiden pitää kestää kuukausia tai vuosia. Tuntien tai päivien toiminta-aika, johon olemme älypuhelimissa tai muissa kannettavissa laitteissa tottuneet, ei vain riitä.

Selvästi tämä tarkoittaa, että energiankulutukselle on selvästi ankarammat vaatimukset. Yksi tapa saavuttaa riittävän alhainen energiankulutus alhaisilla toimintojännitteillä on vähentää virrankulutusta aktiivitilassa ja vuotovirtoja niin, että päästään minimienergiankulutukseen (MEP, minimum energy point).

ARM:n tavoite – itse asiassa koko elektroniikka-alan tavoite – on mahdollistaa se, että puolijohdetoimittajat ja järjestelmäpiirien suunnittelijat pääsevät mahdollisimman alhaiseen tehonkulutukseen ja mahdollisimman pitkään toiminta-aikaan akkuteholla IoT-päätelaitteissa. ARM uskoo, että kehittämällä lähellä kynnysjännitettä (near threshold voltage) toimivia markkinoiden vähävirtaisimpia IP-ytimiä voidaan saavuttaa tämä tavoite.

Haasteet

ARM on jo toteuttanut useita edistyneitä tutkimus- ja tuotekehitysprojekteja, joissa tarkastellaan piirien toimintaa kynnysjännitteen lähellä (500-700 mV), kynnysjännitteen alla (350-500 mV) ja selvästi kynnysjännitteen alla (alle 350 mV). Tärkeä osa tutkimusta oli määrittää se minimijännite, joka vaaditaan toteuttamaan laskentatehtävä ilman, että virran huippuraja ylitetään. Todellisuudessa alhaisin mahdollinen jännite ei vastaa optimaalista tai minimaalista energiapistettä (ks. kuva 1), koska aktiivisen ja vuototehon yhdistelmä hyvin alhaisilla jännitteillä voi johtaa suurempaan energiankulutukseen. Kun jännite putoaa lähelle kynnysjännitettä tai sen alle, vuotovirta itse asiassa ennemmin kasvaa kuin pienenee. Toinen aspekti on, että kun jännite putoaa, tarvitaan enemmän aikaa tehtävän suorittamiseen, mikä myös johtaa vuotojen lisääntymiseen.

Minimienergiapistettä (MEP) ei välttämättä saavuteta pienimmällä mahdollisella jännitteellä, mikä johtuu dynaamisesta kytkentään kuluvan energian ja alhaisilla jännitteillä lisääntyvien vuotovirtojen yhdistelmästä.

Tämän päivän sopimusvalmistajien PDK-suunnittelupakettien (Process Design Kits) tilastolliset mallit on tyypillisesti optimoitu noin 1-0,9 volttiin ja ne ovat kestäviä ja tarkkoja. Simuloinnit ovat kuitenkin osoittaneet, että transistorien tyypillinen Gaussin käyrään perustuva jako hajoaa alhaisemmilla jännitteillä. Esimerkiksi TSMC:n prosessisäännöt eivät takaa toimintaa yli 20 prosenttia prosessin nimellistä jännitettä alhaisemmassa jännitteessä. On selvää, että kynnysjännitteen lähelle menevän suunnittelun mahdollistaminen edellyttää, että sopimusvalmistajien täytyy optimoida prosessinsa alhaisemmilla jännitteillä luomalla tarkempia malleja ja vähentämällä tilastollista vaihtelua alhaisemmilla jännitteillä.

Toinen kysymys on, josko tämänhetkisten EDA-suunnittelutyökalujen oletukset esimerkiksi ajoituksen suhteen käyttävät oikeita tilastollisia malleja analyysiin lähellä kynnynjännitettä. Työkalu saattaa olettaa, että käyttäjän kirjasto operoi vain +/- 20 prosentin päässä sopimusvalmistajan prosessisääntöjen määrittelemästä jännitealueesta (voltage domain).

Lisäksi standardisoluarkkitehtuuria täytyy muokata, koska jotkut peräkkäiset solut kuten pinotut solut eivät toimi lähellä kynnysjännitettä. Tämän standardisolujen optimoinnin yhteydessä tulee muita huomioon otettavia toteutuskysymyksiä (implementation), kuten piirin virtaregulointi. Tämä tarkoittanee todennäköisesti, että lähellä kynnysjännitettä toimivan logiikan suunnittelun tarvitaan uusia tekniikoita. Joka tapauksessa joudutaan tekemään kompromisseja (trade-offs) käytetyn piialan, tehonkulutuksen ja suorituskyvyn suhteen.

Sitten on vielä muistikysymys. Siinä missä logiikan toteutus on vielä aika suoraviivaista, muistit – erityisesti sulautettu SRAM – vaativat korkeampia jännitteitä kirjoitus- ja lukuoperaatioihin sekä tallennettujen arvojen säilyttämiseen. Korkeamman tason jännitteiden vaihtelua tarvitaan monimutkaisemmissa suunnitteluissa, joissa muistia ympäröi alhaisemmalla jännitteellä toimiva logiikka. Lisäksi voidaan ennustaa, että jatkossa pitää kehittää suurempia, räätälöityjä muistisoluja, joilla voidaan toteuttaa suurempia muisteja. Tämä tarkoittaa, että joudutaan tekemään kompromisseja ideaalisen minimienergiankulutuksen ja muistisolun vakauden välillä.

Tulevaisuuden kehitystarpeet

Kaikki nämä tekijät huomioonottaen - toteutus ja piirientestaus standardeilla EDA-työkaluilla ja IP-lohkoilla – ARM on tullut siihen johtopäätökseen, että lähellä kynnysjännitettä toimiva IP voidaan tuotteistaa haasteista huolimatta.

Yhtiö on jo kehittänyt monia logiikka-IP-kirjastoja, jotka tukevat useita toimintajännitealueita 55 nanometristä aina 14 nanometrin prosessisukupolveen asti. ARM kehittää nyt prototyyppikirjastoja, jotka perustuvat sopimusvalmistajien uusimpiin lähellä kynnysjännitettä toimivien 55 ja 40 nanometrin piirejä varten. Nämä ovat tällä hetkellä kehityksessä olevien IoT- ja loppupäätelaitteiden sweet spot -prosesseja. Johtavat EDA-talot ja sopimusvalmistajat valmistautuvat jo tukemaan lähellä kynnysjännitettä toimivaa teknologiaa.

ARM valmistelee nyt toiminnan osoittavaa lähellä kynnysjännitettä toimivaa testipiiriä, joka saataneen valmiiksi tuotantoa varten vuoden ensimmäisen puoliskon aikana. Vaikka kyse on lyhyen tai keskipitkän aikavälin ratkaisusta, on testipiiri myös tärkeä askel kehitettäessä oikeita lähellä kynnysjännitettä toimivia suunnitteluja, jotka perustuvat minimienergiankulutukseen (MEP).

Todellisuuden IoT:n loppupäätelaitteiden järjestelmäpiirejä ei tarvitse toteuttaa kokonaan lähellä kynnysjännitettä toimivalla tekniikalla. Jotkut logiikkalohkot, kuten IoT-alijärjestelmien monitorointiosat tai audion prosessointi, joissa huippusuorituskykyä ei vaadita, hyötyvät ilmiselvästi kynnynjännitteen lähellä toimimisesta. Muut lohkot, joissa vaaditaan suurempaa nopeutta tai suorituskykyä, voidaan toteuttaa standardilla logiikalla, joka toimii 1,0 tai 0,9 voltin jännitteellä.

Yhteenveto

Tämänhetkisten sopimusvalmistajien mallien ja uusimpien suunnittelutyökalujen ja -kirjastojen avulla pitäisi olla mahdollista luoda uusia, lähellä kynnysjännitettä toimivia suunnitteluja. Tottakai on edelleen isoja haasteita: robustien ja vakaiden alhaisen jännitteen prosessitekniikoiden tarjonta, EDA-työkalujen tuki, muistien integrointiongelmat alhaisen tehonkulutuksen SoC-piireissä sekä fyysisten IP-lohkojen puute kynnysjännitteen lähellä toimiviin suunnitteluihin. Jo lähitulevaisuudessa pitäisi kuitenkin olla mahdollista kehittää suunnitteluja, jotka toimivat lähellä kynnysjännitettä – ennemminkin minimienergiankulutukseen kuin alhaisimpaan mahdolliseen jännitteeseen perustuen – ja mahdollistavat seuraavan sukupolven IoT-päätelaitteiden ja -järjestelmien SoC-piirien kehityksen.

MORE NEWS

Kiinan uusi kvanttikone ei tarvitse jäähdytystä lähelle absoluuttista nollapistettä

Kiinassa on esitelty maan ensimmäinen neutraaleihin atomeihin perustuva kvanttitietokone. Han Yuan-1 -järjestelmän kehittänyt CAS Cold Atom Technology korostaa erityisesti sitä, että laitteisto toimii tavallisessa sisäympäristössä ilman kryogeenistä jäähdytysjärjestelmää.

COM Express vetää edelleen moduulimarkkinaa

Tekoälysovellusten ja reunalaskennan kasvu on nostanut COM-HPC:n viime vuosina vahvasti esiin, mutta markkinadata kertoo vanhan standardin pitävän edelleen pintansa. Vuonna 2025 lähes puolet kaikista Computer-on-Module-moduuleista perustui edelleen COM Express -standardiin.

Tubettaja väittää: Donut Lab testautti tavallista litiumionikennoa

Suomalaisen Donut Labin akkuteknologia on joutunut uudenlaisen kritiikin kohteeksi. Puolen miljoonan tilaajan Ziroth-kanavaa ylläpitävä mekatroniikan tohtori Ryan Hughes väittää, että yhtiön VTT:llä testauttama kenno oli todellisuudessa tavallinen litiumioniakku eikä Donut Labin esittelemä uudenlainen kiinteäelektrolyyttikenno.

Miljardirahoitus vauhdittaa Iceyen satelliittituotannon kaksinkertaiseksi

Suomalainen avaruusyhtiö Iceye on kerännyt yli miljardin euron rahoituksen, jonka avulla yhtiö aikoo kasvattaa tutkasatelliittiensa tuotannon nykyisestä 50 satelliitista sataan vuodessa. Samalla yhtiön arvostus nousi yli 10 miljardin euron.

Uusi UWB-tekniikka nelinkertaistaa paikannuksen kantaman

UWB-paikannuksen suurin rajoitus on ollut kantama. Belgialainen tutkimuslaitos Imec on nyt esitellyt tulevan IEEE 802.15.4ab -standardin ensimmäisen NBA-toteutuksen, jonka avulla paikannus onnistuu jopa neljä kertaa nykyistä kauempaa ilman merkittävää lisäystä tehonkulutukseen.

Infineon haluaa tuoda maksamisen jokaiseen älysormukseen

Moni älysormuksen käyttäjä toivoisi voivansa maksaa ostoksensa samalla tavalla kuin älykellolla. Toistaiseksi esimerkiksi Oura- ja Samsung Galaxy Ring -sormukset eivät tue lähimaksamista, ja markkinoilla olevat maksusormukset ovat jääneet pienten erikoisvalmistajien tuotteiksi. Saksalainen Infineon uskoo tilanteen muuttuvan.

Lisäkortilla 10 megabitin 4G-yhteys IoT-laitteisiin

MIKROE on esitellyt uuden LTE Cat.1 5 Click -lisäkortin, joka tuo 4G LTE Cat 1 bis -yhteydet sulautettuihin IoT- ja M2M-laitteisiin. Ratkaisu on suunnattu erityisesti eurooppalaisille markkinoille, joissa tarvitaan luotettavaa mobiiliyhteyttä pienellä tehonkulutuksella.

Sirumarkkinoiden kasvu on käsittämätöntä

Puolijohteiden maailmanlaajuinen myynti on kasvamassa tänä vuonna tasolle, jota vielä muutama vuosi sitten olisi pidetty epärealistisena. Alan tilastointiorganisaatio WSTS ennustaa markkinan kasvavan vuonna 2026 lähes 90 prosenttia 1,51 biljoonaan dollariin.

Uusi AV2-koodekki lupaa saman kuvanlaadun 30 prosenttia pienemmällä datamäärällä

Alliance for Open Media (AOMedia) on julkaissut uuden AV2-videokoodekin määritykset. Järjestön mukaan AV2 pystyy tuottamaan saman kuvanlaadun noin 30 prosenttia pienemmällä bittimäärällä kuin nykyinen AV1, mikä vähentää sekä verkkoliikennettä että tallennustilan tarvetta.

VTT-spinout lupaa superkondensaattorin ilman litiumia ja harvinaisia metalleja

VTT:stä irrotettu Granarium Technologies kehittää superkondensaattoreita, joiden raaka-aineina ovat nanosellu, biohiili ja vesi. Yhtiön mukaan teknologia voi tarjota sähköverkoille millisekunneissa reagoivan tehopuskurin ilman litiumia, kobolttia tai muita kriittisiä mineraaleja.

AWS uskoo: startupin pilviarkkitehdiksi riittää jatkossa AI-agentti

Amazon Web Services on esitellyt uuden AI-pohjaisen Startup Advisor -palvelun, jonka tarkoituksena on toimia startup-yrityksen omana pilviarkkitehtina. AWS:n mukaan tekoälyagentti pystyy neuvomaan perustajia infrastruktuurin rakentamisessa, kustannusten hallinnassa, tietoturvassa ja palveluvalinnoissa ilman, että taustalla on syvää pilviosaamista.

NI haluaa RF-testauksen myös opetuskäyttöön

Emerson on esitellyt kaksi uutta NI:n PXI-pohjaista esteriä (VST), joiden tarkoituksena on tuoda korkeatasoinen RF-testaus aiempaa useamman organisaation ulottuville. Uudet PXIe-5841- ja PXIe-5820-mallit on suunnattu erityisesti kustannusherkkiin sovelluksiin, kuten oppilaitoksiin, tutkimuslaboratorioihin ja lääketieteellisten laitteiden kehitykseen.

Kvanttiyhtiö Quantinuum listautui 16 miljardin dollarin arvolla – liikevaihto jäi murto-osaan

Ioniloukkutekniikkaan perustuva Quantinuum nousi Nasdaqiin lähes 16 miljardin dollarin markkina-arvolla. Samalla yhtiön tuoreet tulosluvut muistuttavat, kuinka varhaisessa vaiheessa kvanttilaskennan kaupallistaminen edelleen on.

Realme GT 8 Pro: OnePlussan paikkaajan kamera yllätti

OnePlussan poistuminen Suomen markkinoilta jätti jälkeensä aukon, jota moni valmistaja yrittää nyt täyttää. Yksi näkyvimmistä tulokkaista on saman OPPO-konsernin realme, jonka uusi GT 8 Pro on käytännössä yhtiön lippulaivamalli. Paperilla laite tarjoaa kaiken, mitä tuhannen euron puhelimelta voi odottaa: Snapdragon 8 Elite Gen 5 -järjestelmäpiirin, 7000 milliampeeritunnin akun, 120 watin pikalatauksen ja 200 megapikselin telekameran.

Onsemi haluaa automatisoida SiC-tehoasteen suunnittelun

Piikarbidipohjaisten tehoasteiden suunnittelu vaatii tarkkaa yhteensovittamista tehotransistorien ja niiden ohjainpiirien välillä. Nyt onsemi pyrkii helpottamaan tätä työtä uudella verkkopohjaisella Elite Pairing Studio -suunnitteluympäristöllä.

Turun AMK rakentaa testausympäristön akkujen ääritilanteiden tutkimiseen

Turun ammattikorkeakoulu rakentaa Kupittaan kampukselle uuden testausympäristön, jossa litiumioniakkuja voidaan altistaa hallitusti erilaisille vika- ja ääritilanteille. Tavoitteena on kerätä mittausdataa, jota voidaan hyödyntää akkujen suunnittelussa, simuloinnissa ja turvallisuusratkaisujen kehittämisessä.

Sulautettu tekoäly pakottaa suunnittelemaan uudella tavalla

ETN - Technical articleTekoäly, kehittyneet yhteydet ja tietoturva muuttavat sulautettujen järjestelmien arkkitehtuureja. Laskentateho kasvaa nopeasti samaan aikaan, kun laitteiden fyysinen koko pienenee. Tietoturva, datan hallinta ja uudet säädökset lisäävät vaatimuksia niin yhteyksille kuin suunnittelullekin. Samalla laitevalmistajat pyrkivät nopeuttamaan tuotekehitys- ja testaussyklejään.

Advania lupaa automatisoida yli 90 prosenttia tietoturvapoikkeamien käsittelystä

– Tekoälyä vastaan organisaatiot tarvitsevat tekoälyä hyödyntävät havainnointikyvykkyydet puolustuksensa tueksi. Siksi olemme kehittäneet agenttipohjaisen SOC-palvelun, sanoo Advania Finlandin tietoturvaliiketoiminnasta vastaava johtaja Mats Palm.

Yksi anturi korvaa neljä mikrokytkintä autossa

Autoteollisuudessa siirrytään vauhdilla kohti älykkäämpiä ja entistä turvallisempia korielektroniikan ratkaisuja. Belgialainen Melexis esitteli uuden Hall-anturin, joka pystyy tunnistamaan jopa neljä eri asentoa yhdellä kaksijohtimisella liitännällä. Ratkaisu voi korvata useita perinteisiä mikrokytkimiä esimerkiksi istuimissa, ovissa ja tavaratilan lukoissa.

Microsoft varaa 190 hehtaaria Vaasasta uudelle datakeskukselle

Microsoft on solminut esisopimuksen noin 190 hehtaarin maa-alueiden hankinnasta Vaasan ja Mustasaaren alueelta mahdollista datakeskushanketta varten. Kauppa koskee GigaVaasa-teollisuusaluetta, josta noin kaksi kolmasosaa sijaitsee Vaasassa ja loput Mustasaaressa.

Jun  # puffbox mobox till square
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Sulautettu tekoäly pakottaa suunnittelemaan uudella tavalla

ETN - Technical articleTekoäly, kehittyneet yhteydet ja tietoturva muuttavat sulautettujen järjestelmien arkkitehtuureja. Laskentateho kasvaa nopeasti samaan aikaan, kun laitteiden fyysinen koko pienenee. Tietoturva, datan hallinta ja uudet säädökset lisäävät vaatimuksia niin yhteyksille kuin suunnittelullekin. Samalla laitevalmistajat pyrkivät nopeuttamaan tuotekehitys- ja testaussyklejään.

Lue lisää...

OPINION

SaaS on kuollut, eläköön CaaS

Tekoälyagentit eivät ehkä tapa SaaS-liiketoimintaa. Mutta ne voivat tappaa sen alkuperäisen arvomallin. Sekä Salesforce että SAP näyttävät jo rakentavan maailmaa, jossa perinteinen SaaS-käyttöliittymä katoaa lähes kokonaan.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Kiinan uusi kvanttikone ei tarvitse jäähdytystä lähelle absoluuttista nollapistettä
  • COM Express vetää edelleen moduulimarkkinaa
  • Tubettaja väittää: Donut Lab testautti tavallista litiumionikennoa
  • Miljardirahoitus vauhdittaa Iceyen satelliittituotannon kaksinkertaiseksi
  • Uusi UWB-tekniikka nelinkertaistaa paikannuksen kantaman

NEW PRODUCTS

  • Lisäkortilla 10 megabitin 4G-yhteys IoT-laitteisiin
  • Yksi anturi korvaa neljä mikrokytkintä autossa
  • Murata kutisti 100 voltin autokondensaattorin 0805-kokoon
  • Voiko yksi mikro-ohjain korvata kokonaisen yhdyskäytävän?
  • 20 nanoampeeria riittää nyt magneettikytkimeen
 
 

Section Tapet