Järjestelmäpiirit, Vähintään 120 op

Järjestelmäpiiri (SoC) koostuu prosessoreista, muisteista, erityisistä toiminnallisista lohkoista ja rajapinnoista ulkoisille muisteille, verkoille, näytöille ja oheislaitteille. Niitä on kaikkialla puhelinten, autojen, robottien, tietokoneiden, datakeskusten, rakennusten, tehtaiden ja minkä tahansa datan käsittelyn sydämenä. Edistyneimmät tekoälyaikakauden SoC:t voivat sisältää kymmeniä miljardeja transistoreita ja alijärjestelmiä, jotka olivat erillisiä tietokoneita vain muutama vuosi sitten. Toisaalta SoC:t voidaan miniatyrisoida äärimmäisen pieniksi vaikkapa IoT tarroille.

Tämä kurssipaketti kattaa kaikki olennaiset vaiheet teollisuuden kannalta oleellisten SoCien toteuttamiseksi. Suunnitteluvuo alkaa laitteistoarkkitehtuurin määrittelystä ja päättyy valmistettujen piirien testaamiseen laboratoriossa. Isossa mittakaavassa tehtävä HW-lohkojen ja SW-komponenttien integrointi on erityinen osaamisalue Tampereen yliopistossa. Suunnittelun yksityiskohtaiset vaiheet on selitetty CS-blogissamme how to become a System-on-Chip design expert

Opiskelijana odotamme sinun tuntevan elektroniikan, digitaalilogiikan, prosessorien ja ohjelmoinnin perusteet. Vaatimuksena on tekniikan kandin tutkinto tai vastaavat taidot tietotekniikassa tai sähkötekniikassa. Tämän kokonaisuuden suoritettuaan opiskelijalla on paljon uravaihtoehtoja järjestelmäpiirien eri suunnittelualueilla.

Perusoppimistavoitteet:

• Ymmärtää SoC-suunnittelun termit, käsitteet, tavoitteet ja periaatteet
• Osaa tyypilliset SoC-laitteistorakenteet, modulaarisuuden ja suunnittelun uudelleenkäytön
• Oppia käyttämään vähintään yhtä relevanttia IC (integroitu piiri) -teknologiaa SoC-suunnittelussa
• Oppia kokonaissuunnitteluvuo ja käyttää EDA (Electronic Design Automation) -työkaluja
• Tehdä SoC, joka sisältää digitaalisia ja analogisia lohkoja, kellon, nollauksen, testirakenteet ja niihin liittyvät HW-abstraktio (HAL) -ohjelmistokerrokset
• Tehdä fyysinen layout-suunnittelu (tapeout) piirin valmistamiseksi
• Testata piiri valmistuksen jälkeen

Edistyneet oppimistavoitteet:

• Oppia mallintamaan järjestelmä ja tekemään suunnittelua useilla abstraktiotasoilla
• Hallita useita versioita ja konfiguraatioita
• Ymmärtää kuinka tehdään virtuaaliprototyypitystä ja FPGA-emulointia
• Oppia varmennusmenetelmiä ja standardeja sekä oppia testirakenteiden suunnittelua
• Ymmärtää HW/SW-rajapinnat ja raudasta riippuva ohjelmistopino
• Arvioida SoC-suunnitelmien suorituskykyä, luotettavuutta, virrankulutusta ja kustannuksia sekä verrata erilaisia suunnitteluvaihtoehtoja
• Työskentely monitieteisessä tiimissä käyttäen moderneja yhteistyötyökaluja ja ymmärtäen suunnitteluprosessin hallintakäytäntöjä