Studerande kodade en öppen mikroprocessor som företagen kan använda hur de vill

I september krävde Europeiska kommissionens ordförande Ursula von der Leyen åtgärder av Europa för att stärka den europeiska halvledarindustrin. Bland annat mikroprocessorer är uppbyggda av halvledare, och de behövs i dag i nästan all teknik, från fjärrkontroller till bilar och flygplan.

En grupp mikroelektronikstuderande vid Aalto-universitetet gjorde redan på sommaren en hårdvarubeskrivning av en RISC-V-mikroprocessor och har nu lagt ut den fritt tillgänglig på nätet. Arbetet grundar sig på en öppen arkitektur för RISC-V-processorer som utvecklats vid Berkeley-universitetet berättar äldre universitetslektor Marko Kosunen som handlett arbetet och också själv jobbat i Berkeley.

"Ett gäng på fyra teknologer kodade den på sommaren. Nu har processorn kommit så långt att den kan börja tillverkas"

Kodningen och verifieringen av processorn var ett utmärkt sommarjobb, berättar Julius Helander, Leo Uusimäki och Otto Simola.

"Svårt tänka sig nåt bättre: konkret planering, och koden fortlever vidare som en del av projektet."

Verneri Hirvonen som gjort sitt kandidatarbete på ämnet instämmer.

"Utvecklingsarbetet på processorn och byggandet av dess verifieringsmiljö gav möjlighet att konkret utnyttja de färdigheter och kunskaper i programmering och elektronik som man skaffade sig i början av studierna."

Från sluten till öppen arkitektur

Uppsvinget för Nokias mobiltelefoner på 1990-talet grundade sig på ett gediget kunnande i mikroelektronik, vilket byggdes upp bland annat i Tekniska högskolans laboratorium för mikroelektronik. Trots att tillverkningen av mikroelektronik – och senare telefoner – lades ned fanns i Finland en stark kompetens på området.

I dag har planeringen och tillverkningen av de mikroprocessorer världen behöver övertagits av amerikanska och asiatiska jättar. Processorerna är för det mesta slutna och patenterade system, vilket betyder att företagen som köper och använder processorerna inte kan modifiera dem.

"Om någon försöker göra det och dessutom lyckas gör hen sig troligen skyldig till patentintrång och licensbrott och svarar för det i domstol", säger Kosunen.

En mikroprocessors funktion styrs av beskrivningen av instruktionsuppsättningen. Det är ett tekniskt dokument som definierar hur mikroprocessorn reagerar på de instruktioner den tar emot.

Stora tillverkare i likhet med Intel och ARM har hemliga instruktionsuppsättningar. Instruktionsuppsättningen för den RISC-V som Aalto-teknologerna kodade är öppen, tillgänglig för alla och planerad så att den kan modifieras och utökas efter behov.

Kosunen framhåller att det tillsvidare är fråga om en processor med bara en kärna. I tillämpningar för artificiell intelligens kan det finnas tiotals eller till och med hundratals kärnor. Fördelen med en öppen processor är dock dess modifierbarhet som gör att den kan fungera i vitt skilda miljöer.

"Acceleratorer för krypteringsalgoritmer och signalbehandling, nätutrustning, transceivers för 6G och sedan 7G", räknar Kosunen upp.

"I princip kan den styra vad som helst."

Stort behov i industrin

Idén att planera en egen mikroprocessor uppstod för halvtannat år sedan vid ett möte mellan Jussi Ryynänen, professor i planering av mikroelektronik, och representanter för Nokia. Då diskuterades det allt större behovet av kunnande i mikroprocessorplanering och intresset för utveckling av processorer med öppen arkitektur.
Utom Nokia deltar Saab, CoreHW, Xiphera och Minima Processor i projektet, och det finansieras också av Business Finland.

"Vårt mål är att utbilda Finlands bästa planerare av mikroelektroniska analoga, digitala och hybridsystem och införliva processorplanering med doktorsutbildningen i mikroelektronik", säger Ryynänen och framhåller att det är fråga om ett för Finland och Europa strategiskt område.

"Utan egen planeringskompetens är vi hänvisade till vad mikroelektroniktillverkarna i USA och Taiwan erbjuder oss."

Mer information:

professor Jussi Ryynänen, Aalto-universitetet
050 384 1720
[email protected]

äldre universitetslektor Marko Kosunen
050 375 1711
[email protected]