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

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