Väitös

Joonas Multanen: Energiatehokasta joustavuutta prosessoreihin

Sulautettujen tietokonejärjestelmien määrä kasvaa voimakkaasti tulevaisuudessa, mikä aiheuttaa painetta niiden energiatehokkuuden parantamiselle. Diplomi-insinööri Joonas Multanen kehitti väitöstyössään tekniikoita sulautetuissa järjestelmissä käytettävien prosessoreiden energiatehokkuuden lisäämiseksi.

Sulautetut tietotekniset järjestelmät ovat muotoutuneet osaksi jokapäiväistä elämäämme muun muassa älypuhelimien ja -kellojen, kodinkoneiden, lelujen ja autojen muodossa. Näissä järjestelmissä keskeisessä roolissa ovat prosessorit, joita ohjelmoimalla toteutetaan monimutkaisia toiminnallisuuksia. Kun nämä laitteet kommunikoivat palvelinten ja toistensa kanssa verkkoyhteyden välityksellä, puhutaan esineiden internetistä.

– Etenkin esineiden internetin myötä sulautettujen järjestelmien määrän on ennustettu lisääntyvän voimakkaasti lähitulevaisuudessa, jolloin niiden osuus globaalista energiankulutuksesta kasvaa. Lisäksi nämä laitteet toimivat usein akkujen varassa, jolloin energiatehokkuus on oleellisessa roolissa. Samanaikaisesti niiden energiatehokkuuden kehitys on hidastunut, Multanen kertoo.

Vaikka paras energiatehokkuus saavutetaankin suunnittelemalla laitteisto suorittamaan vain ennalta määrättyjä toimintoja, laitteiston joustavuutta voidaan parantaa ohjelmoitavuuden avulla.

– Ohjelmoitavuuden avulla järjestelmää voidaan käyttää toiminnallisuuden päivittämiseen ja esimerkiksi käytön aikana havaittaviin toimintoihin, jotka eivät olleet tiedossa sen suunnittelun aikana, Multanen kertoo.

Ohjelmoitavuudella on kuitenkin hintansa. Prosessoreiden suorituksen ohjaamisessa käytettävien käskyjen sekä prosessoitavan datan säilytykseen käytetään muisteja, jotka voivat kuluttaa suurimman osan koko prosessorin käyttämästä sähköenergiasta. Väitöskirjassaan Multanen keskittyi kehittämään menetelmiä käskymuistihierarkioiden energiatehokkuuden lisäämiseksi.

–  Käskymuistihierarkian komponentit voidaan suunnitella siten, että käskyjen siirtämiseen prosessorille käytetään ohjelmistotukea. Näin energiatehokkuutta voidaan kasvattaa. Esimerkiksi käyttämällä käskypakkausta tai suunnittelemalla ohjelmistotuki ja komponentit hyödyntämään tutkimusvaiheessa olevien nousevien (emerging) muistiteknologioiden erityispiirteitä voidaan mahdollistaa tulevaisuuden laitteisiin energiatehokas ohjelmoitavuus, Multanen toteaa.

Diplomi-insinööri Joonas Multasen tietokonetekniikan alaan kuuluva väitöskirja Energy-Efficient Instruction Streams for Embedded Processors tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnassa perjantaina 26.11.2021 klo 12 alkaen Tietotalon salissa TB109, Korkeakoulunkatu 1. Vastaväittäjänä toimii professori Magnus Själander Norwegian University of Science and Technology -yliopistosta. Kustoksena toimii professori Pekka Jääskeläinen informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnasta.

Väitöstä voi seurata myös etäyhteydellä (Zoom).

Väitöskirjaan voi tutustua osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-2193-2

Kuva: Heidi Korvela

 

 

Tulevat tapahtumat

Menneet tapahtumat