Tiedote

Ensimmäinen järjestelmäpiiri kehitetty Tampereen yliopiston ja yritysten uraauurtavassa hankkeessa

Tutkijoita neuvottelupöydän ja suuren näytön äärellä.
Suomessa suunniteltu järjestelmäpiiri tukee Euroopan Unionin tavoitetta lisätä omavaraisuutta mikrosirujen tuotannossa. Kuvassa Tampereen yliopiston SoC Hubin tutkijoita. Kuva: Jonne Renvall / Tampereen yliopisto.
Suomalaisen SoC Hub -yhteistyöhankkeen ensimmäinen järjestelmäpiiri on saatu suunniteltua valmiiksi ja lähetetty tuotantoon. Seuraavaksi hankkeen osapuolet keskittyvät parantamaan suunnittelun systematiikkaa, automaatiota ja suorituskykyä. Yhteensä kolmesta suunniteltavasta piiristä ensimmäinen saadaan käyttöön vuoden 2022 alussa.

SoC Hub on lähtenyt eturintamassa kehittämään järjestelmäpiirisuunnittelun alaa Euroopassa ja vahvistamaan suomalaista kilpailukykyä. Tampereen yliopiston ja Nokian koordinoima hanke käynnistettiin viime vuonna. Projektissa on tehty yritysten kanssa merkittävää yhteiskehitystyötä, joka ulottuu perinteistä tutkimusprojektia syvemmälle.

– Piirin tekemisessä on käytetty samoja menetelmiä kuin teollisessa tuotannossa. Näitä ovat esimerkiksi massatuotannon testattavuussuunnittelun huomioon ottaminen, erittäin kattava varmennus sekä keskittyminen järjestelmätason integraatioon yksittäisten moduulien sijaan, kertoo järjestelmäpiirisuunnittelun työelämäprofessori Ari Kulmala Tampereen yliopistosta.

Hänen mukaansa valmis piiri on mahdollista antaa myös ulkopuolisille tahoille koekäyttöön, sillä se sisältää kehitysalustan ja hyvät integrointimahdollisuudet muihin järjestelmiin.

Projektin yksi avaintavoite on myös mahdollistaa erittäin nopea prototyypitys uusille ideoille esimerkiksi IoT-, koneoppimis- tai 5G- ja 6G-teknologioissa piille saakka vietynä.

Nyt valmiiksi suunniteltu Ballast-piiri on kolmesta piiristä koostuvan sarjan ensimmäinen. Konkreettisesta valmistuksesta vastaa maailman suurin mikropiirien valmistaja TSMC. Imec-tutkimusinstituutti toimii TSMC:n kumppanina valmistustyössä Euroopassa.

Järjestelmäpiirin layout-kuva.
Kotelointikuvassa (vas.) näkyy, miten keskellä olevalta piipalalta eli itse piiriltä johdotetaan sähköinen kytkentä ohuilla kultalangoilla kotelon juotosnastoihin. Piirin sisältävä kotelo kiinnitetään juottamalla piirilevyn pintaan. Layout-kuva (oik.) esittää toiminnallisten osien sijoittumisen piipalalle. Reunoilla näkyvät kytkentäpisteet, joista kultalangat lähtevät koteloon.

Järjestelmäpiirin valmistuksessa käytetään TSMC:n uutta 22 nanometrin Ultra Low Leakage -puolijohdeteknologiaa, joka sopii erityisesti IoT- ja Edge-laitteisiin. Ballast sisältää useita erilaisia RISC-V prosessoriytimiä, DSP- ja koneoppimiskiihdyttimet sekä laajennusrajapinnan FPGA-kiihdyttimelle. Piiriin on myös toteutettu laaja ohjelmistotuki sisältäen ohjelmistotestauksen, laiteajurirajapinnat ja tuen yleisesti käytetyille ohjelmistokehitystyökaluille. Piirillä voi ajaa yhtä aikaa reaaliaika- ja Linux-käyttöjärjestelmiä.

On ollut ilo työskennellä SoC Hub -tiimin kanssa. He ovat onnistuneet kehittämään järjestelmäpiirin äärettömän nopeasti, lisäksi työn laatu on ollut parasta luokkaa, sanoo Bas Dorren, Director of Business Development at imec.IC-link, part of imec (R&D hub for nano and digital technologies).

Vielä kaksi piiriä tulevan kahden vuoden aikana

Piiri luotiin suureen kokoonsa nähden erittäin lyhyessä ajassa. Kunnianhimoinen tavoite saavutettiin hienolla yhteishengellä sekä vahvojen asiantuntijoiden tietotaidon ja kokemuksen ansiosta.

– Paljon työtä on tehty sen eteen, että on mahdollistettu saumaton yhteistyö yliopiston ja yrityspartnereiden kesken. Ballastin suunnitteluun osallistui myös merkittävä määrä uransa alkuvaiheessa olevia tekijöitä, jotka pääsivät käyttämään yliopiston kursseilla oppimiaan taitoja teollisen mittakaavan piirillä, kertoo tietotekniikan yksikön päällikkö Timo Hämäläinen.

Itse piirikehityksen lisäksi projektin ensimmäisessä vaiheessa tehtiin merkittävä työ myös konsortion muodostamisessa sekä tarvittavien ohjelmistojen ja lisenssien sopimisessa. Projektia johtavien Tampereen yliopiston ja Nokian lisäksi yrityspartnereihin kuuluvat CoreHW, VLSI Solution, Siru Innovations, TTTEch Flexibilis, Procemex, Wapice ja Cargotec.

Business Finlandin rahoittamassa projektissa kehitetään yhteensä kolme järjestelmäpiiriä vuoden 2023 loppuun mennessä. Piirien käyttötarkoitukset suunnitellaan yhdessä projektikonsortion kanssa.

– Ensimmäinen tavoite on nyt saavutettu, mutta työ ei jää tauolle, vaan jatkamme eteenpäin saman tien. Järjestelmäpiirikehitykseen pitää panostaa nyt eikä huomenna, painottaa Timo Hämäläinen.

Lisätiedot

Timo Hämäläinen
puh. +358 40 8490 777
timo.hamalainen [at] tuni.fi

Ari Kulmala
puh. +358 50 4873 263
ari.kulmala [at] tuni.fi

 

Editoitu 2.12.21: Lisätty tarkennus Imec-tutkimusinstituutin osuudesta valmistuksessa sekä Imecin Bas Dorrenin sitaatti.

Aiheeseen liittyviä uutisia

Uusimmat uutiset kategoriassa Tiedote

Uusimmat uutiset