Nordic semiconductor
Nordic Semiconductor er et norsk halvlederselskap med base i Trondheim, grunnlagt i 1983 som et spin-off fra forskningsmiljøene ved Norges tekniske høgskole. Selskapet designer systembrikker for trådløs kommunikasjon som i dag finnes i en rekke IoT-produkter verden over, deriblant mange av de vanligste Meshtastic-enhetene. Denne artikkelen ser på selskapets norske røtter og hvorfor nRF52840-brikken er blitt et foretrukket valg i Meshtastic-maskinvare.
Et norsk teknologieventyr fra Trondheim
Nordic Semiconductor ASA ble stiftet i 1983 under navnet Nordic VLSI, med hovedkontor i Trondheim. Selskapet spesialiserer seg på design av trådløse laveffekts-halvledere og støtteprogramvare for IoT-produkter.
Selskapet ble grunnlagt av fire sivilingeniørstudenter ved Norges tekniske høgskole (NTH), som i 1996 ble en del av Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU): Oddvar Aaserud, Jan Meyer, Trond Sæther og Frank Berntsen. Bedriften vokste frem som et spin-off fra forskningsmiljøene ved SINTEF og ELAB (Elektronikklaboratoriet ved NTH), med to tiår med opparbeidet kompetanse innen integrert kretsedesign.
Nordic VLSI startet som et designhus som solgte konsulenttjenester for blandet-signal ASICs (skreddersydde integrerte kretser) til kunder i Norden. Det var først i 2002, med ankomsten av administrerende direktør Svenn-Tore Larsen, at selskapet la om kursen mot standardiserte trådløse komponenter. I 2004 skiftet selskapet navn til Nordic Semiconductor for å reflektere sitt dedikerte fokus på ultralaveffekts trådløse enheter.
Strategiskiftet viste seg å bli en av de mest vellykkede beslutningene i norsk teknologihistorie. nRF52-serien, særlig nRF52840, er i dag å finne i millioner av forbrukerenheter verden over, og Nordic Semiconductor oppgir å ha rundt 40 prosent av det globale markedet innen Bluetooth Low Energy.
Trondheim som teknologihovedstad: Køfri, AutoPASS og Nordic
Samtidig med at Nordic VLSI vokste frem fra NTH-miljøet tidlig på 1980-tallet, ble det grunnlagt et annet teknologiselskap i Trondheims-regionen med sterk tilknytning til innebygd elektronikk. Selskapet Micro Design AS ble stiftet i Selbu i 1984 av Kai Bogen, og skulle raskt bli kjent under et annet navn: Køfri.
I 1988 ble Q-Free ETC-teknologi installert i den første automatiske bompengestasjonen i Trondheim. Systemet lot biler passere uten å stoppe, og ga navn til teknologien. Selskapet skiftet senere navn til Q-Free, og ble børsnotert i 2002. Q-Free og Fenrits var de opprinnelige leverandørene av AutoPASS-transpondere, systemet som i dag er standard i alle norske bomstasjoner og på ferjer.
Historien sirkler tilbake til Nordic Semiconductor i 2021: NORBIT ASA, Trondheim-selskapet som har vært leverandør av AutoPASS-transpondere siden 2013, inngikk i juni 2021 en formell partneravtale med Nordic Semiconductor for å utvikle felles IoT-produkter og løsninger.
«Formalizing a partner program agreement with Nordic Semiconductor is a brick when building a new subsegment based on selected IoT/5G niche applications.»
, Per Jørgen Weisethaunet, CEO i NORBIT ASA (pressemelding, 8. juni 2021)
Disse selskapene illustrerer hvordan Trondheims teknologimiljø gjennom flere tiår har bidratt til utviklingen av norsk trådløs kommunikasjon og innebygde systemer, fra de første køfrie bomstasjonene til AutoPASS-brikker og videre til moderne IoT-maskinvare.
nRF52840: brikken som gjør Meshtastic-noder unike
Meshtastic brukes av radioamatører, friluftsfolk og beredskapsorganisasjoner verden over for kryptert, infrastrukturuavhengig kommunikasjon over LoRa-radiolenker. Mange av de mest populære enhetene i dette nettverket, deriblant Heltec T114, RAK WisBlock og SenseCAP T1000-E, er bygd rundt Nordic Semiconductors nRF52840.
nRF52840 er bygd rundt en 32-bits ARM Cortex-M4F-prosessor med flytallsenhet (FPU), klokket til 64 MHz. Den inkluderer en Arm CryptoCell-310 maskinvareakselerator for kryptografi direkte på brikken, et fullhastighets USB Device-grensesnitt for dataoverføring og strømforsyning, samt en rekke digitale grensesnitt for sensorer, skjermer og ekstern lagring. Den brede forsyningsspenningen, fra 1,7 V til 5,5 V, gir stor fleksibilitet ved batteri- og USB-drift. Minne er 1 MB flash og 256 kB RAM.
Hvorfor er nRF52840 så godt egnet til Meshtastic?
Det som gjør nRF52840 spesielt verdifull i Meshtastic-sammenheng, er en kombinasjon av egenskaper som alle drar i samme retning:
Ultralavt strømforbruk er den viktigste enkeltfaktoren. nRF52840 bruker typisk 0,4 µA ved 3,0 V i System OFF-modus, tilsvarende en effekt på 1,2 µW. For å sette det i perspektiv: en vanlig 4W LED-spot i stuetaket bruker omtrent 3,3 millioner ganger høyere effekt. Energien spotlighten bruker på ett sekund (4 joule) er nok til å holde nRF52840 i denne dvalemodusen i omtrent 38 døgn. Energien led-spot pæra bruker på én time tilsvarer omtrent 380 år med nRF52840 i System OFF.
Tallene gjelder typisk verdi for selve nRF52840 under databladets spesifiserte målebetingelser. Den totale strømmen for et ferdig Meshtastic-produkt vil normalt være høyere, ettersom spenningsregulator, LoRa-radio, sensorer og lekkasjestrømmer i øvrig kretselektronikk alle bidrar til det totale forbruket. Et komplett Meshtastic-knutepunkt basert på nRF52840, som Heltec T114, trekker i gjennomsnitt rundt 10 mA under normal drift, tilsvarende ca. 250 mAh per døgn. Tilsvarende ESP32-baserte enheter viser gjennomgående betydelig høyere effektforbruk i aktiv drift, noe som gir vesentlig kortere batteritid. For solcelledrevne installasjoner i fjellet er denne forskjellen avgjørende.
Multi-protokoll-støtte betyr at samme brikke håndterer Bluetooth Low Energy for konfigurasjon via mobilapp og IEEE 802.15.4 som danner grunnlaget for Zigbee og Thread. BLE-konfigurasjonen skjer via nRF52840s innebygde radio, mens LoRa-kommunikasjonen håndteres av en separat Semtech-radiomodul.
Innebygd maskinvarekryptografi via Arm CryptoCell-310-akseleratoren håndterer AES, ECC, SHA, RNG og mer, med minimal CPU-belastning og lavt strømbehov. Dette er direkte relevant for Meshtastics krypterte kanaler.
USB Device-støtte forenkler firmware-oppdatering og tilkobling til konfigurasjonverktøy uten behov for ekstern USB-til-UART-omformer.
Robusthet og modenhet: nRF52840 har vært i produksjon siden 2016 og er en veletablert, moden plattform med god verktøystøtte, åpen kildekode-drivere og et aktivt utviklermiljø.
T1000-E: tre brikker, ett kredittkort
SenseCAP T1000-E fra Seeed Studio er et godt eksempel på hva nRF52840 muliggjør i praksis. Enheten er på størrelse med et kredittkort og kombinerer tre spesialiserte brikker:
- Nordic nRF52840 (Trondheim, Norge): applikasjonslogikk, Bluetooth-konfigurasjon og strømstyring
- Semtech LR1110 (Caen, Frankrike): LoRa-radiolenke i 863 til 928 MHz-båndet
- MediaTek AG3335 (Hsinchu, Taiwan): GPS-posisjonering
nRF52840 fungerer som dirigent for de to andre. Kombinasjonen gir en IP65-sertifisert enhet med opptil omtrent tre døgn batteritid under gunstige innstillinger, fullt kryptert mesh-kommunikasjon og nøyaktig posisjonsdeling, alt i et format på størrelse med et kredittkort.
Fra Trondheim til lomma di
Fra et lite designhus ved NTH i Trondheim, startet av fire ingeniørstudenter i 1983, har Nordic Semiconductor vokst til å bli en ledende aktør innen Bluetooth Low Energy globalt. Trondheimsmiljøet ga oss Køfri-brikken som stoppet køene i bomringene på 1980-tallet, og det gir oss i dag halvlederen som holder Meshtastic-nettverk i lufta over fjelltopper, fjorder og i situasjoner der mobilnett ikke er tilgjengelig.
At to norske Trondheim-selskaper, NORBIT og Nordic Semiconductor, i 2021 formaliserte et samarbeid om neste generasjons IoT-teknologi, viser at teknologimiljøet som vokste frem ved NTH på 1980-tallet fortsatt setter premissene for norsk og internasjonal trådløs infrastruktur.
Kilder:
Nordic Semiconductor ASA: 40 years of low power wireless innovation, nordicsemi.com, desember 2023
Nordic Semiconductor: nRF52840 produktside og produktblad, nordicsemi.com
Nordic Semiconductor: nRF52840 Product Specification v1.1, 2019
NORBIT ASA: NORBIT enters Nordic Semiconductor IoT partner program, norbit.com, 8. juni 2021
Q-Free ASA, Store norske leksikon (snl.no)
WikiStrinda: Køfri, strindahistorielag.no
Q-Free, Wikipedia (en.wikipedia.org)
AutoPASS, Wikipedia (en.wikipedia.org)
Meshtastic.org: SenseCAP Card Tracker T1000-E
Adrelien.com: After testing 20 devices, I finally figured out the secret of Meshtastic’s battery life