Euroopan komission puheenjohtaja Ursula von der Leyen vaatii syyskuussa Euroopalta toimia puolijohdeteollisuudensa vahvistamiseksi. Puolijohteita ovat muun muassa mikroprosessorit, joita tarvitaan nykyään lähes kaikessa tekniikassa kaukosäätimistä autoihin ja lentokoneisiin.

Aalto-yliopiston mikroelektroniikan opiskelijoiden ryhmä toteutti kesällä RISC-V-mikroprosessorin laitteistokuvauksen ja on nyt julkaissut sen avoimesti verkossa.

- Työ perustuu Berkeleyn yliopistossa kehitettyyn avoimeen RISC-V-prosessoriarkkitehtuuriin, kertoo opiskelijoiden työtä ohjannut vanhempi yliopistonlehtori Marko Kosunen, joka on itsekin työskennellyt Berkeleyssa.

- Neljän teekkarin porukka koodasi sen kesän aikana. Nyt prosessori on siinä vaiheessa, että sitä voisi ryhtyä valmistamaan, Kosunen hehkuttaa.

Prosessorin koodaus ja verifiointi oli mainio kesätyö, kertovat Julius Helander, Leo Uusimäki ja Otto Simola.

- Vaikea kuvitella parempaa: konkreettista suunnittelua, ja koodi jää vielä elämään tulevaisuudessa projektin osana, kolmikko tuumii.

Aiheesta andidaatintyönkin tehnyt Verneri Hirvonen yhtyy sanoihin.

- Prosessorin kehitystyö ja sen verifiointiympäristön rakentaminen antoivat mahdollisuuden konkreettisesti hyödyntää opiskelujen alkuvaiheessa hankittuja taitoja ohjelmoinnista ja elektroniikasta.

Prosessorit ovat pääosin suljettuja ja patentoituja järjestelmiä

Nokian matkapuhelimien nousu 1990-luvulla perustui vahvaan mikroelektroniikan osaamiseen, jota rakennettiin muun muassa TKK:n piiritekniikan laboratoriossa. Vaikka mikroelektroniikan ja prosessorien – ja myöhemmin puhelinten – valmistuksesta luovuttiin, Suomeen jäi paljon alaan liittyvää osaamista.

Tällä hetkellä maailman tarvitsemien mikroprosessorien suunnittelu ja valmistus on tukevasti suurten yhdysvaltalais- ja aasialaisjättien hallussa. Prosessorit ovat pääosin suljettuja ja patentoituja järjestelmiä, mikä tarkoittaa, ettei niitä ostavilla ja käyttävillä yrityksillä ole mahdollisuutta tehdä niihin muutoksia.

- Jos joku niin päättää tehdä ja vielä onnistuukin siinä, rikkoo todennäköisesti patenttia ja lisenssiä, ja vastaa siitä oikeudessa, Kosunen sanoo.

Mikroprosessorin toimintaa ohjaa käskykantakuvaus. Se on tekninen dokumentti, joka määrittelee, miten mikroprosessorin tulee reagoida sille välitettyihin komentoihin.

Intelin ja ARM:n kaltaisten isojen valmistajien käskykannat ovat salattuja. Aallon opiskelijoiden koodaaman RISC-V käskykanta on avoin, kaikkien saatavilla ja suunniteltu muokattavaksi ja laajennettavaksi omiin tarpeisiin.

Kosunen painottaa, että kyseessä on vasta yhden ytimen prosessori. Esimerkiksi tekoälysovelluksissa ytimiä voi olla kymmenistä satoihin. Avoimen prosessorin etu on kuitenkin muokkautuvuus, jonka ansiosta Aallonkin prosessori voisi toimia hyvin erilaisissa ympäristöissä.

- Salausalgoritmien ja signaalinkäsittelyn kiihdyttimet, verkkolaitteet, 6G- ja sen jälkeen 7G-lähetinvastaanottimet, luettelee Kosunen.

Kosusen mukaan sillä voidaan periaatteessa ohjata mitä tahansa laitetta.

Teollisuudessa tarvetta

Idea oman mikroprosessorin suunnittelusta heräsi puolitoista vuotta sitten mikroelektroniikkasuunnittelun professorin Jussi Ryynäsen ja Nokian edustajien tapaamisessa. Esille nousi kasvava tarve prosessorisuunnittelun osaamiselle sekä kiinnostus avoimen ympäristön prosessorikehitykseen.

Nokian lisäksi hankkeessa ovat mukana Saab, CoreHW, Xiphera sekä Minima Processor, ja sitä rahoittaa myös Business Finland.

- Meidän tavoitteemme on kouluttaa Suomen parhaita mikroelektroniikan analogia- digitaali- ja sekamuotojärjestelmien suunnittelijoita ja sisällyttää prosessorisuunnittelu osaksi mikroelektroniikan tohtorikoulutusta, Ryynänen sanoo ja painottaa, että kyseessä on strateginen ala Suomelle ja Euroopalle.

- Ilman omaa suunnitteluosaamista olemme sen armoilla, mitä Yhdysvaltojen ja Taiwanin mikroelektroniikka valmistajat meille tarjoavat.