SoC Hubin lippulaivajärjestelmäpiiri Headsail testauksessa

TSMC:n valmistama järjestelmäpiiri on projektikonsortion kehittämistä piireistä kaikkein monimutkaisin. Se sisältää 330 miljoonan transistorin lisäksi muun muassa neliytimisen 64-bittisen RISC-V-alijärjestelmän ja tekoälykiihdyttimen sekä yrityskohtaista IP:tä.

– Headsail on tärkeä virstanpylväs, joka osoittaa suunnittelijoidemme taidot. Järjestelmäpiiriä rakennettiin lisäämällä sisältöjä aiemmin kehitettyihin piireihin sekä uudelleenkäyttämällä uuden piirin tarkoituksiin parhaiten sopivia lohkoja, kertoo tietotekniikan professori Timo Hämäläinen Tampereen yliopistosta.

Järjestelmäpiirin suunnittelu ja valmistus fyysiseksi piiriksi asti on pitkä prosessi. Headsailin suunnittelu aloitettiin loppuvuodesta 2022 samaan aikaan, kun projektin toista järjestelmäpiiriä viimeisteltiin tuotantoon lähettämistä varten. Suunnittelutyö valmistui elokuussa 2023, ja piiri lähetettiin tuotantoon (tape-out). Tästä noin kolmen kuukauden kuluttua valmiit, koteloimattomat piirit saapuivat Tampereen yliopistolle, minkä jälkeen ne voitiin toimittaa koteloitavaksi.

Headsailille toteutettiin piiriä varten kustomoitu kotelo, minkä vuoksi koteloinnin suunnittelu ja varsinainen toteutus olivat merkittävä työvaihe. Kotelointiin aikaa kului lopulta noin puoli vuotta, ja valmiit koteloidut piirit saatiin konsortion haltuun heinäkuussa 2024. Tämän jälkeen piirit piti vielä kiinnittää kehityslaudoille ennen testaamisen käynnistämistä.

– Testauksen ensimmäisessä vaiheessa havaittiin, että siru on sähköisesti toimiva. Kaikki alijärjestelmät voitiin kytkeä päälle ja ne ovat yhdistettävissä. RISC-V -prosessorialijärjestelmä suoritti onnistuneesti ensimmäisen ”Hello World” -ohjelman jokaisella ytimellään, kertoo testausta valvova Arto Oinonen Tampereen yliopistosta. Toimivien prosessoriytimien lisäksi tämä edellyttää, että osajärjestelmien välinen yhteys, ohjelmointi- ja dataliitännät sekä ohjelmistokehitysympäristö ovat kaikki toiminnassa.

Projektitiimi jatkaa nyt perusteellisempaa testausta ja demojen rakentamista. Headsailille on suunniteltu useita käyttötapauksia, mukaan lukien tekoälysovellukset, ääniprosessointi ja reaaliaikaiset kriittiset viestintäsovellukset.

Headsail on suunniteltu vuonna 2020 käynnistyneessä Business Finlandin rahoittamassa co innovation -projektissa, johon osallistuvat Tampereen yliopisto, Nokia, CoreHW, VLSI Solution, Wapice, Hiab, Procemex ja TTTEch Flexibilis.