ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
Oct 29/9 30/9 # Rohde supersquare
 
ECF23 videos
  • Hans Andersson, Acal BFi
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

ETNtv

Watch ECF videos

logotypen

 2022  # square  (4)
TMSNet  advertisement
ETNdigi
May # Farnell sajt skyskrapa
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Tweet

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.

back to top
MORE NEWS

Elintoimintojen kliiniset mittaukset yhdellä piirillä

Moni fyysisen kunnon ja terveyden seurantaan tarkoitettu laite sisältää erilaisia elintoimintojen mittauksia, mutta niiden tarkkuus ja luotettavuus eivät täytä terveydenhoidon ammattilaisten vaatimuksia. Pitkälle integroidun AFE-piirin avulla voidaan kuitenkin rakentaa jopa iholle kiinnitettävän tarralapun muotoon mittausjärjestelmä, joka hoitaa kaikki tärkeät elintoimintojen mittaukset kliinisellä tasolla.

Simuloi 64-bittistä Arm-koodia PC:llä

Saksalainen SEGGER laajensi vastikään sulautettujen sovellusten työkalutarjontaansa kääntimen ja ajonaikaisen tuen 64-bittisille Arm-sovelluksille. Nyt palettiin on lisätty simulaattori.

Piianodia käyttävä ihmeakku tähtää lentäviin autoihin

Kalifornialainen Amprius Technologies on kehittänyt akkutekniikan, jossa grafiittianodi korvataan piipohjaisella ratkaisulla. Tämä kasvattaa akun energiatiheyden kaksinkertaiseksi. Nyt yhtiö kertoo suunnitelmistaan avata ensimmäisen tehtaansa.

Maailman nopein kotinetti tulee Suomeen

Suomen suurin valokuituoperaattori Lounea julkisti jo alkuvuonna aloittaneensa ensimmäisenä Suomessa kehityspolun kohti 50GPON-luokan kuituverkkoja. Teknologiatestit Lounealla ovat kevään aikana edenneet suunnitellusti ja testeissä kuitu kotiin -verkossa saavutettiin ennätyksellinen 42 gigan nopeus.

Pitääkö olla huolissaan, jos kännykän näyttö avautuu itsestään?

Jos laittaa Googleen hauksi "puhelin avautuu itsestään", saa yli 209 miljoonaa tuosta. Mutta miksi puhelimet avautuvat itsestään? Asiantuntijoiden mukaan kyse voi olla GhostTouch-hyökkäyksestä, joka voi aiheuttaa käyttäjille ongelmia, sanoo NordVPN:n kyberturvallisuusasiantuntija Adrianus Warmenhoven.

Signaalia avoimien Open RAN -tukiasemien kehitykseen

Open RAN on avoin tukiasema-arkkitehtuuri, jota monet operaattorit kaavailevat jatkossa käyttävänsä. Rohde & Schwarz ilmoittaa, että sen signaaligeneraattorit ja -analysaattorit on nyt hyväksytty Qualcommin avoimien verkkojen laitteiden QRU100-radiopiirien testaamiseen.

IoT-data tuo isot säästöt Technopoliksen energiakuluihin

Älykkäistä kiinteistöistä on hehkutettu jo vuosia, mutta millaisia ovat käytännön sovellukset ja ennen kaikkea tulokset? Technopoliksen Ruoholahden 3-kiinteistössä on päästy merkittäviin tuloksiin: lämmitysenergiasta on onnistuttu säästämään yli 30 prosenttia ja ilmanvaihto onnistuu 50 prosenttia pienemmällä energialla.

Suomeen halutaan järjestelmäpiirisuunnittelun huippuyksikkö

Tampereen yliopisto, Oulun yliopisto, Aalto-yliopisto ja Nokia suunnittelevat yhteisen järjestelmäpiirisuunnitteluun keskittyvän huippukeskuksen perustamista. Keskus olisi osa vireillä olevaa kansallista Siruja Suomesta -ohjelmaa, joka puolestaan olisi osa EU:n Chips Act -ohjelmaa.

Verkkorikollisuus ammattimaistuu kovaa vauhtia

Kyberrikollisryhmien toiminta ammattimaistuu kiihtyvällä vauhdilla, todetaan tietoturvayhtiö WithSecuren raportissa. Nyt kehitystä nopeuttavat kiristyshaittaohjelmat, kertoo yhtiön vanhempi analyytikko Stephen Robinson.

Google ja EU haluavat säännellä tekoälyä

Tekoälyn nopea kehitys erityisesti viimeisen vajaan vuoden aikana on saanut monet huolestumaan. Moni tutkija haluaisi hidastaa kehitystä. Nyt Google ja EU ovat päässeet alustavaan sopuun siitä, että tekoälyä pitää reguloida.

BCC Solutions kokosi verkkokomponentit ja mittalaitteet saman katon alle

BCC Solutionsista tulee Suomen verkkolaitemarkkinoiden keskeinen peluri. Kesäkuun alusta lukien tammikuussa 2022 ostetut Harrico PTE ja Hantekno sulautetaan lopullisesti emoyhtiöön. Samalla lakkautetaan aputoiminimi TEKFinland, jonka toiminta jatkuu niin ikään BCC Solutions -nimen alla.

Sähkö tulee dieseliä halvemmaksi raskaassa liikenteessä

Maanteillä alkaa pian näkymään rekkoja, joiden käyttövoimana on sähkö. Göteborgilaisen Chalmersin teknisen korkeakoulun tutkijat ovat todistaneet, että sähkörekat tulevat halvemmiksi kuin vanhat dieselvoimaiset

HDR-videota jopa puettaviin laitteisiin

HDR-video tarkoittaa laajempaa väriavaruutta, suurempaa kontrastia ja kirkkaampaa kuvaa. Tähän asti tekniikkaa ei ole saatu tuotua pieniin kannettaviin laitteisiin. Imagination Technologiesin uusi grafiikkaprosessori on maailman pienin GPU-piiri, joka tukee HDR-kuvaa.

Generatiivinen tekoäly mullistaa kuvankäsittelyn

Tekoäly tuottaa jo monenlaisia kuvia tekstikehotteiden avulla, mutta generatiivinen tekoäly saattaa jatkossa tehdä kaikista kuvankäsittelyn ammattilaisia. Ainakin jollakin tasolla. Adobe kertoo tuovansa Photoshop-ohjelmaansa generatiivisen täyttötyökalun.

Swappie lupaa premium-vaihdokeille uudenveroisen akun

Swappie on julkaissut uudet Premium Series -tuoteperheen. Premium-laitteet ovat ulkoisesti moitteettomia sekä täysin toiminnallisia laitteita, joilla on 100-prosenttinen akkukapasiteetti. Swappien mukaan kaikki sille päätyvät puhelimet käyvät läpi 52 askeleen tarkistusprosessin, johon kuuluu puhelimen akun tarkistus tai vaihto tarpeen mukaan. Kaikissa Premium Series -puhelimissa on taattu 100-prosenttinen akkukapasiteetti.

Autotallista miljardiyritykseksi: Rutronik on 50-vuotias

Saksalainen elektroniikan komponenttien jakelija Rutronik juhlii tänä vuonna 50-vuotisjuhliaan. Helmut Rudel (kuvassa vas.) perusti Rutronikin vuonna 1973 Ispringenissä lähellä Pforzheimia. Nykyään hänen poikansa Thomas Rudel toimii yhtiön toimitusjohtajana.

Maailman ensimmäinen täysin lyijytön muistimoduuli

Apacer ilmoittaa kehittäneensä maailman ensimmäisen täysin lyijyttömän muistimoduulin. Se ei ainoastaan ylitä nykyisen EU:n RoHS-ympäristönsuojelustandardin vaatimuksia, vaan myös välttää turvautumisen RoHS 7(c)-I:n lyijyvapautuslausekkeeseen.

Löydä haavoittuvuus - tienaa satatuhatta euroa

LähiTapiola on päättänyt tuplata Bug Bounty -ohjelmansa kautta valkohattuhakkereille tarjoamansa maksimipalkkion. Aiemmin tietoturvahaavoittuvuuksien löytämiseen tähtäävän ohjelman enimmäispalkkiona oli 50 000 euroa. Nyt summa on nostettu 100 000 euroon.

Virve ajetaan alas - sen seuraaja tuo 100-prosenttisen peiton

Erillisverkkojen toimitusjohtaja Timo Lehtimäki keräsi täyden katsomon keynote-puhettaan kuuntelemaan eilen Critical Communications World -tapahtumassa. Viranomaisverkossa on käynnistynyt historian tärkein siirtymä. Lehtimäki vahvisti, että Suomen Virve-verkko ajetaan alas vuoden 2028 loppuun mennessä.

CCW2023: Poliisi digitalisoituu hitaasti

Helsingissä on käynnissä kolmepäiväinen viranomaisverkkojen jokavuotinen Critical Communications World -tapahtuma. Moni kuluttaja- ja yrityspuolen verkoista tuttu trendi vaikuttaa myös viranomaisverkoissa, mutta tahti on verkkaisempi. Poliisi digitalisoituu hitaasti. Tähän on monia syitä.

Apr # Nyhetssajt samt mobil. Placeras direkt efter första nyheten
 2022  # mobilbox
TMSNet  advertisement
Mar Apr May Jun # Rohde mobilbox
May  # Farnell  mobilbox f skyskrapa

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Elintoimintojen kliiniset mittaukset yhdellä piirillä

Moni fyysisen kunnon ja terveyden seurantaan tarkoitettu laite sisältää erilaisia elintoimintojen mittauksia, mutta niiden tarkkuus ja luotettavuus eivät täytä terveydenhoidon ammattilaisten vaatimuksia. Pitkälle integroidun AFE-piirin avulla voidaan kuitenkin rakentaa jopa iholle kiinnitettävän tarralapun muotoon mittausjärjestelmä, joka hoitaa kaikki tärkeät elintoimintojen mittaukset kliinisellä tasolla.

Lue lisää...

OPINION

Ennakkoluulot estävät tekoälyn täyden hyödyntämisen

Tekoäly on valloittanut kahvipöytäkeskustelut. Keskusteluista voimme kiittää ChatGPT:n kaltaisia tekoälyjä, jotka loistavat kyvyllään laatia tekstejä – niin pätevästi kirjoitettuja artikkeleita kuin toimivaa koodiakin, kirjoittaa Lenovolla globaalin monimuotoisuustoimiston johtajana työskentelevä Ada Lopez.

Lue lisää...

LATEST NEWS

  • Elintoimintojen kliiniset mittaukset yhdellä piirillä
  • Simuloi 64-bittistä Arm-koodia PC:llä
  • Piianodia käyttävä ihmeakku tähtää lentäviin autoihin
  • Maailman nopein kotinetti tulee Suomeen
  • Pitääkö olla huolissaan, jos kännykän näyttö avautuu itsestään?

NEW PRODUCTS

  • Navitasin ihmetehopiirit Mouserin valikoimaan
  • 5 wattia neliötuuman powerista
  • 3,5 kilowattia erittäin korkealla hyötysuhteella
  • Automaattisesti varavirran varaan
  • Tarkkaa asentotietoa vihamielisessä ympäristössä
 

NEWSFLASH

twitter
ETN_fi @ETN_fi
ETN_fi UK Semiconductor Strategy https://t.co/MABHzsSaK4
toukokuu 10 • reply • retweet • favorite
ETN_fi RT @joeprkns: Last night I used GPT-4 to write code for 5 micro services for a new product. A (very good) dev quoted £5k and 2 weeks. G…
maalis 17 • reply • retweet • favorite
ETN_fi This is why Nokia lost the game in mobile phones - an insiders view https://t.co/NB5Wndkx5p
joulu 12 • reply • retweet • favorite
ETN_fi @OnePlus_FI lahjoittaa Pelastusarmeijalle 50 puhelinta jouluapuun. Iso- Britanniassa samanlainen lahjoitus tehdään… https://t.co/LKdl2Pywie
joulu 07 • reply • retweet • favorite
ETN_fi Finnish PM Sanna Marin: We need to cut our dependence on China. https://t.co/598gQXKvlj #Slush2022 #China #electronics #semiconductors
marras 17 • reply • retweet • favorite
web design services
 

Section Tapet