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...

CPLD-piirien (Complex Programmable Logic Device) arkkitehtuurissa on tapahtunut viime vuosina lukuisia muutoksia, jotka laajentavat huomattavasti tämäntyyppisten komponenttien sovellusalaa ja hämärtävät CPLD- ja FPGA-piirien välistä rajaa.

Artikkelin on kirjoittanut Digi-Keyn tekninen suunnittelija Rich Miron. Hän on työskennellyt Digi-Keyllä vuodesta 2007 lähtien, mitä ennen hän työskenteli Bechtel Bettisillä vanhempana suunnittelijana. Richillä on elektroniikkainsinöörin tutkinto Pohjois-Dakotan yliopistosta.

CPLD-piirien ja FPGA-piirien arkkitehtuurissa on kuitenkin ratkaisevia eroja, joiden vuoksi CPLD-pohjaiset laitteet soveltuvat erityisen hyvin tiettyihin käyttötarkoituksiin.

Perinteisesti CPLD- ja FPGA-piirien erot ovat perustuneet suurimmaksi osaksi sisäiseen arkkitehtuuriin. Vanhassa CPLD-arkkitehtuurissa, joka perustui käyttäjän ohjelmoitavissa olevan logiikan varhaisiin muotoihin eli alhaisen integraatiotason PLA-piireihin, perustana oli tulotermilohkojen ryhmä, jota käytettiin reititysmatriisin kautta.

Klassisten CPLD-piirien arkkitehtuurissa logiikkapolkujen reitit ovat varsin deterministisiä. Jokaisessa logiikkamatriisin ylityksessä viive on aina sama. Laitteiden koon kasvaessa reititysarkkitehtuuri alkaa kuitenkin kuluttaa kohtuuttoman paljon resursseja. Samalla kun yleinen trendi alkoi suosia erittäin suuren mittakaavan integraatiota, suunnittelijat pyrkivät kehittämään laitteiden kapasiteettia. Kysyntään vastatakseen CPLD-piirien valmistajat ottivat käyttöön täysin toisenlaisen lähestymistavan, jossa hyödynnettiin eräitä FPGA-piireissä käytettyjä konsepteja, mutta niitä muokattiin CPLD-piirien tyypillisiin käyttökohteisiin paremmin sopiviksi.

Keskeisiä muutoksia oli kaksi. Näistä ensimmäinen oli hajautettuun reititysarkkitehtuuriin siirtyminen, jolloin logiikkapolkujen ei tarvitse kulkea koko sirun yli, vaan ne voivat käyttää logiikkaryhmien lohkojen välisiä reittejä, jotka on järjestetty matriisiksi koko mikropiirissä. Toinen muutos oli tulotermiryhmien korvaaminen LUT-hakutaulukoilla (look-up tables), jolloin saadaan käyttöön neljää syötettä käyttävät ohjelmoitavat totuustaulut, jotka ohjaavat kiikkua.

Uudempien CPLD-piiriperheiden joustavamman logiikka-arkkitehtuurin ansiosta logiikan syntetisoinnissa voidaan käyttää korkean tason suunnittelukieliä, joita ovat esimerkiksi Verilog ja VHDL. Hajautettu reititysarkkitehtuuri voi kuitenkin vaikeuttaa ajoittamista piirikaaviotasolla (schematic) suunnitellun logiikan ennakoinnissa. Näitä laitteita käytettäessä sijoittelu on kuitenkin varsin vapaata, jolloin aikasensitiivisten logiikkapolkujen allokointi on mahdollista, mutta muiden logiikkapolkujen automaattisessa sijoittelussa ja reitittämisessä voidaan silti hyödyntää edistyneitä suunnittelutekniikoita, rajoituksia ja määritelmiä. Lisäksi ylätasolla tapahtuvan pinnien suunnittelun ja lukituksen ansiosta on mahdollista suunnitella PCB- ja CPLD-logiikat samanaikaisesti, millä saadaan nopeutettua projektien läpimenoaikoja.

Nykyisissä CPLD-piireissä on ominaisuuksia, jotka kuuluivat alun perin FPGA-piireihin, mutta niissä on myös edelleen tiettyjä erityispiirteitä, joiden vuoksi ne soveltuvat tiettyihin käyttökohteisiin FPGA-piirejä paremmin. CPLD-piirit eivät todellakaan ole vain pienempikokoisia FPGA-piirejä.

CPLD-piirien keskeisenä etuna useimpiin FPGA-piireihin verrattuna on, että ne käyttävät konfigurointitietojen tallentamiseen sisäistä haihtumatonta muistia. Muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta FPGA-piireissä käytetään sisäistä SRAM-muistia, joten käynnistettäessä konfigurointitiedot on aina ladattava ulkoiselta levyltä tai flash-muistista. Sisäisen haihtumattoman muistin käytöstä saadaan kahdenlaista etua.

Näistä ensimmäinen on turvallisuus. Jos valmistuksen jälkeen laite lukitaan konfigurointitietojen lukemisen estämiseksi, väärentäjän tai kloonaajan on huomattavasti hankalampaa saada selville sisällä olevan logiikan rakenne. FPGA-piireissä konfigurointitiedot voidaan lukea bittivirrasta, joka kulkee PCB:n kautta ulkoisesta muistista logiikkalaitteeseen. Tosin monet tuotteet tukevat nykyään bittivirran salausta, mikä vähentää tietojen kopioinnin todennäköisyyttä.

Toinen etu on, että CPLD on toimintavalmis heti käynnistettäessä. Monet tiheämmät CPLD:t suorittavat sisäisen kopioinnin sisäisestä flash-muistista SRAM-pohjaisiin konfigurointisoluihin. Näin tehdään mahdolliseksi piirien tuottaminen perinteisillä CMOS-prosesseilla. Haihtumattomia muistisoluja ei tarvitse jakaa koko logiikkaryhmän alueelle, jolloin niiden valmistaminen on helpompaa. Tässäkin tapauksessa konfigurointi tapahtuu kuitenkin millisekunneissa, ja useissa sovelluksissa ominaisuudet ovat käytössä käytännössä heti.

Esimerkiksi Microsemin valmistamassa IGLOO2-piiriperheessä hyödynnetään ainutlaatuista prosessia, jossa flash-muistisolut voidaan upottaa tavanomaiseen CMOS-logiikkaan. Konfigurointitiedot tallennetaan itse kytkinmatriisiin, jolloin konfigurointi ei vie lainkaan ylimääräistä aikaa. Laite voidaan sammuttaa kokonaan, kun järjestelmä on lepotilassa, jolloin jännitteen palautuessa virtaa ei tarvitse kuluttaa uudelleenkonfigurointiin.

Kuva 1. IGLOO2-lohkokaavio (lähde: Microsemi)

IGLOO2-laitteita käytettäessä järjestelmän suunnittelija päättää, säilytetäänkö haihtuvat rekisterin ja sisäisen muistin sisällöt, kuten viestiliikenteen puskureiden tiedot. Jos tiedot halutaan säilyttää, tämä vie jonkin verran virtaa. Vaihtoehtoisesti järjestelmä voidaan suunnitella niin, että laitteen virta voidaan sammuttaa kokonaan, jolloin virran palatessa tarvittavat tiedot palautetaan haihtumattomasta muistista.

FPGA-piirejä alhaisempi virrankulutus myös tiheää logiikkaa käytettäessä on toinen syy, miksi CPLD-tyyppinen laite voi olla monissa tapauksissa järjestelmän suunnittelun kannalta parempi valinta. Lattice Semiconductorin ICE40-perhe suunniteltiin mobiililaitteisiin ja muihin alhaisen virrankulutuksen sovelluskohteisiin. Laitteen arkkitehtuurin ominaisuuksia ovat esimerkiksi ohjelmoitavat pienen vaihteluvälin differentiaali-I/O:t, mahdollisuus sammuttaa sisäiset PLL-piirit dynaamisesti sekä erikoistuneet salvat, jotka jäädyttävät tiettyjen syötteiden tilan energian säästämiseksi. Nämä ominaisuudet edistävät staattisen ja dynaamisen virrankulutuksen hallintaa, jolloin tuoteperheen kaikkien jäsenten staattinen virrankulutus on erittäin pieni.

Kuva 2. Latticen ICE40 FPGA (lähde: Lattice Semiconductor)

Analogista I/O:ta käyttävissä tuoteperheissä, kuten Alteran Max10-piireissä ohjelmoitava FPGA-piiri korvaa mikroohjaimet useissa eri sovelluskohteissa, etenkin sellaisissa, joissa tarvitaan suorituskykyistä reaaliaikaista tiedonkäsittelyä ja erittäin joustavaa I/O:ta. Max10-mallissa on 12-bittinen yhden meganäytteen sekunnissa näytteistävä AD-muunnin, joka voi käsitellä jopa 17 tulokanavaa.

Kuva 3. Tyypillinen Altera Max 10 FPGA.

Nopealla mukautetulla logiikalla voidaan myös rakentaa analogisia I/O-toimintoja, joita voidaan käyttää esimerkiksi näppäimistön dekoodauksessa. Esimerkiksi Altera Maxissa voidaan edullisen ulkoisen kondensaattorin lisäämisellä käyttää sisäisen oskillaattorin ja Schmitt-laukaisimen I/O-ominaisuuksia, jolloin muunnos analogisesta digitaaliseen voidaan tehdä sarjaliikennemuunninta hyödyntävän topologian avulla.

Mikro-ohjainta käyttävä ohjelmoitava logiikkalaite sopii myös sovelluksiin, joissa I/O-liitäntöjen välillä tarvitaan jännitetason muuntamista. Mikro-ohjaimella tämä on hankalaa, sillä niissä I/O-resurssien määrä on rajallinen ja usein käytössä on vain yksi jännitelähde. CPLD-piireissä on sen sijaan useita I/O-liitäntöjä, jotka on yleensä ryhmitelty lohkoihin (bank). Jokaiseen I/O-lohkoon voidaan liittää oma jännitelähde. Näin yleisten oheislaitteiden, esimerkiksi LCD-näyttöjen, käyttämiseen tarvitaan vähemmän komponentteja.

CPLD-tyyppisillä laitteilla voidaan myös ylläpitää I/O:t pienellä teholla ja tehdä yksinkertaisia päivityksiä, joten ne sopivat erittäin hyvin kohteisiin, joissa energiankulutuksella on paljon väliä, ja joissa on jatkuvasti päivitettävä LCD-tilanäyttöjä ja vastattava näppäimistökomentoihin. Jos järjestelmään tarvitaan tämän lisäksi mikro-ohjain sitä voidaan pitää horrostilassa pidempään. Tämä säästää kriittistä tehoa, kun monet toiminnot voidaan siirtää energiatehokkaammalle ohjelmoitavalle logiikalle.

Toinen piirre, jonka CPLD-tyyppiset laitteet ovat alkaneet omaksua FPGA-piireiltä upotetun käsittelyn avuksi, on aritmeettinen kiihdytys. Esimerkiksi Max10-tuoteperheessä on nykyään versioita, joiden hajautetuilla laitetason kerroinyksiköillä voidaan tukea korkeaa suorituskykyä vaativia digitaalisia signaalinkäsittelytoimintoja. Lisäksi LUT-pohjaiset logiikkalohkot esimerkiksi ICE40:ssä tukevat carry chain -ketjuja. Näiden avulla voidaan esimerkiksi summainpiirit toteuttaa tehokkaasti.

Aritmeettisen kiihdytyksen sekä nopean I/O-prosessoinnin tuen yhdistelmä tekee näistä ohjelmoitavista logiikoista sopivia esimerkiksi moottorin ohjauksen kaltaisiin sovelluksiin. Logiikkalohkoilla voidaan toteuttaa esimerkiksi pulssileveysmodulaation (PWM) kaltaisia toimintoja, jotka mikro-ohjaimen ohjelmistolla ajettuna ovat hyvin käskyintensiivisiä.

Laitetason kertoimien ja muiden moduulien lisäämisen ansiosta CPLD- ja FPGA-piirien välinen ero on hämärtynyt, ja monista entisistä CPLD-tuoteperheistä on nyt tullut käytännössä haihtumatonta muistia käyttäviä FPGA-piirejä. Ominaisuuksiensa ansiosta ne kuitenkin soveltuvat kohteisiin, joissa ne muodostavat edullisemman ja virtapihimmän vaihtoehdon sekä mikro-ohjaimille että kalliimmille FPGA-piireille.

MORE NEWS

Jättirahoitus GenAI-softakehitykseen

Business Finland on myöntänyt Jyväskylän yliopistolle merkittävän, 840 000 euron rahoituksen tutkimushankkeelle, jonka tavoitteena on tutkia generatiivisen tekoälyn (GenAI) hyödyntämistä ohjelmistokehityksen eri vaiheissa. Hanke kantaa nimeä Generative AI for the Software Development Life Cycle, ja sen kokonaisbudjetti Jyväskylän yliopiston osalta on 1,2 miljoonaa euroa, josta 30 prosenttia katetaan yliopiston omarahoituksella.

Raidejokerin lähestymisestä varoitetaan sanallisesti

Helsingin kaupungin innovaatioyhtiö Forum Virium Helsinki on käynnistänyt vuoden mittaisen pilottikokeilun, jossa testataan uudenlaista varoitusjärjestelmää Viikin pikaraitiotien ylityspaikalla. Järjestelmä varoittaa jalankulkijoita ja pyöräilijöitä sekä äänimerkein että sanallisesti lähestyvästä raidejokerin junasta.

Ensimmäistä kertaa grafiikka- ja AI-laskenta samalla RISC-V-prosessorilla

Imagination Technologies on esitellyt uuden E-Series-arkkitehtuurin, joka yhdistää grafiikka- ja tekoälylaskennan ensimmäistä kertaa samaan RISC-V-prosessoriin pohjautuvaan IP-lohkoon. Uutuus avaa tietä tehokkaammille, joustavammille ja energiaa säästäville reunalaitteille – älypuhelimista robottiautoihin.

Aurinkokennokalvo voi tehdä rakennuksista sähköntuottajia

Rakennusten ikkunat ja julkisivut voivat tulevaisuudessa toimia sähköntuottajina, kiitos Luulajan teknillisen yliopiston tutkimukselle. Uudenlainen ohut aurinkokennokalvo yhdistää sähköntuotannon, ympäristöystävällisyyden ja läpinäkyvyyden – ilman kompromisseja rakennusten estetiikassa tai luonnonvalon hyödyntämisessä.

Kenelle Samsungin veitsenterävä uutuus on tarkoitettu?

Samsungin odotettu Galaxy S25 Edge on virallisesti julkaistu, ja 5,8 millimetrin paksuisena se ottaa haltuunsa tittelin "maailman ohuimpana täysiverisenä älypuhelimena". Kyse on hienosta insinööritaidon näytöstä: titaanirunko, keraaminen lasi ja huipputason kamera- sekä tekoälyominaisuudet on mahdutettu hämmästyttävän solakkaan koteloon.

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.

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