Ensimmäinen järjestelmäpiiri kehitetty Tampereen yliopiston ja yritysten uraauurtavassa hankkeessa

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. Soc Hubin kumppanina piirin valmistuksessa toimii IMEC-tutkimusinstituutti. Konkreettisesta valmistuksesta vastaa maailman suurin mikropiirien valmistaja TSMC.

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.

Tulossa vielä kaksi piiriä 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.