Dlaczego warto korzystać z modułów SoM w projektach FPGA?

Zapotrzebowanie na bezpośrednio programowalne macierze bramek (FPGA) rośnie wraz z rozwojem ośrodków przetwarzania danych, komputerów o wysokich parametrach, dziedziny obrazowania medycznego, precyzyjnych ścieżek układów, specjalistycznych materiałów płytek drukowanych, ograniczeń dotyczących kształtu oraz odprowadzania ciepła. Wcześniej projektanci sprzętu preferowali architekturę projektowaną od podstaw, która wymagała wyboru konkretnych urządzeń krzemowych i opracowania w pełni niestandardowej płytki drukowanej do danego zastosowania. Takie podejście skutkuje wysoce zoptymalizowanym wdrożeniem, jednak osiągnięcie gotowości do produkcji wymaga znacznego czasu i kosztów. Aby zaoszczędzić czas i pieniądze, zespoły projektowe rozważają obecnie bardziej zintegrowane rozwiązania, takie jak moduły wieloukładowe (MCM), układy SiP (System-in-Package), komputery jednopłytkowe (SBC) lub moduły SoM (System-on-Module).

Rynek modułów SoM (System-on-Module) bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA) szybko się rozwija, umożliwiając coraz szerszemu gronu użytkowników stosowanie platform opartych na bezpośrednio programowalnych macierzach bramek (FPGA). Wspomniane moduły SoM (System-on-Module) są szeroko wykorzystywane w różnych zastosowaniach ze względu na łatwą do adaptacji architekturę i przyjazną dla użytkownika konstrukcję.

Omówienie modułu SoM (System-on-Module) bezpośrednio programowalnej macierzy bramek (FPGA)

Moduł SoM (System-on-Module) bezpośrednio programowalnej macierzy bramek (FPGA) jest kompaktowym modułem obliczeniowym przeznaczonym do integracji z większymi systemami, w przeciwieństwie do autonomicznych komputerów jednopłytkowych. Zawiera on istotne komponenty, takie jak szybka pamięć DDR, pamięć flash, zarządzanie zasilaniem, kontrolery wspólnych interfejsów i oprogramowanie pakietu wsparcia płytek (BSP) wraz z obsługą szybkich bloków nadajniko-odbiornika i wielu protokołów komunikacyjnych, takich jak Ethernet, USB i PCIe.

Podejście wykorzystujące moduł SoM (System-on-Module) zapewnia znaczne korzyści w postaci wstępnie zbudowanego i przetestowanego modułu zawierającego kluczowe części obliczeniowe i oprogramowanie, przyspieszając prace rozwojowe, co redukuje koszty i upraszcza proces zaopatrywania się w komponenty. Pozwala to zespołom badawczo-rozwojowym skupić się na konkretnych potrzebach firmy, co prowadzi do bardziej przewidywalnych cykli projektowania i lepszych wyników biznesowych. Ponadto moduły SoM (System-on-Module) oferują skalowalność i elastyczność, co ułatwia modernizację lub modyfikację komponentów bez konieczności przebudowy całego systemu. Wykorzystując moduły SoM (System-on-Module), firmy mogą szybciej wprowadzić produkty na rynek, obniżyć ryzyko błędów projektowych i poprawić ogólną wydajność, dzięki czemu są one atrakcyjnym rozwiązaniem dla różnych zaawansowanych zastosowań.

Czas wprowadzenia produktu na rynek

Podejście oparte na modułach SoM (System-on-Module) znacznie skraca czas prac rozwojowych, co z kolei skraca czas wprowadzenia produktu na rynek. Ponieważ moduły SoM (System-on-Module) są wstępnie testowane i kwalifikowane przez takich producentów jak iWave, projektanci mogą integrować te moduły ze swoimi produktami szybciej i z mniejszą liczbą błędów. Wstępna walidacja gwarantuje, że moduły spełniają wysokie standardy niezawodności i parametrów działania, eliminując potrzebę przeprowadzania intensywnych wewnętrznych testów i rozwiązywania problemów. Wykorzystując moduły SoM (System-on-Module), firmy mogą usprawnić swoje cykle rozwojowe, skracając czas i zmniejszając ilość zasobów przeznaczanych na projektowanie i walidację (ilustracja 1). Dzięki temu mogą skupić się na unikalnych propozycjach wartości i kluczowych kompetencjach, zamiast grzęznąć w złożoności integracji systemów. Modułowy charakter urządzeń SoM (System-on-Module) zapewnia również elastyczność procesu projektowania, umożliwiając wprowadzanie zmian i korekt nawet na późniejszych etapach rozwoju bez konieczności wykonywania znaczących przeróbek.

Ilustracja 1: korzystanie z modułów SoM (System-on-Module) może znacznie skrócić czas projektowania, a w rezultacie skrócić czas wprowadzania produktu na rynek. (Źródło ilustracji: iWave)

Koszt i złożoność prac rozwojowych

Wykorzystanie gotowego do produkcji i posiadającego kwalifikację modułu SoM (System-on-Module) znacznie zmniejsza złożoność projektowania bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA). Integrując wstępnie przetestowane moduły SoM (System-on-Module) w procesie rozwoju produktu, firmy ograniczają ryzyko związane z błędami przy projektowaniu sprzętu i problemami z kompatybilnością. Takie podejście nie tylko skraca czas wprowadzenia produktu na rynek, ale także zmniejsza ogólne koszty rozwoju i kwalifikacji. Moduły SoM (System-on-Module) przechodzą rygorystyczne próby, m.in. kompatybilności elektromagnetycznej (EMC), oraz różne próby środowiskowe, takie jak próby cykli termicznych i starzeniowe. Próby te dają pewność, że moduły wytrzymają trudne warunki pracy przy zachowaniu niezawodności działania, minimalizując w ten sposób potrzebę przeprowadzania szeroko zakrojonych wewnętrznych prób i walidacji.

Modułowość i skalowalność produktu

Jedną z głównych zalet zastosowania podejścia opartego na modułach SoM (System-on-Module) w układach SoC bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA) jest zwiększona modułowość i skalowalność. Moduły SoM (System-on-Module) projektuje się z myślą o obsłudze szerokiego zakresu gęstości logicznych bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA), konfiguracji wejść-wyjść i możliwości nadajniko-odbiorników. Elastyczność ta pozwala projektantom produktów na wybór odpowiedniego modułu SoM (System-on-Module), który jest zgodny z wymaganiami konkretnego zastosowania, bez konieczności przeprojektowywania całej architektury sprzętowej. Na przykład architektura jednej płytki nośnej może pomieścić różne konfiguracje modułów SoM (System-on-Module), od mniejszych bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA) z podstawowymi funkcjami do większych, bardziej złożonych bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA) z zaawansowanymi możliwościami przetwarzania. Wspomniana modułowość zapewnia bezproblemową skalowalność i technologiczną ponadczasowość projektów, umożliwiając łatwe przeprowadzanie aktualizacji do bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA) nowszych generacji lub w celu uzyskania dodatkowych funkcji w miarę ewolucji wymagań rynkowych.

Zarządzanie łańcuchem dostaw i cyklem życia produktu

Zarządzanie łańcuchem dostaw systemów opartych na bezpośrednio programowalnych macierzach bramek (FPGA) wymaga koordynowania wielu komponentów pochodzących od różnych dostawców. Podejście skoncentrowane na modułach SoM (System-on-Module) zmniejsza tę złożoność poprzez konsolidację obowiązków związanych z zarządzaniem zaopatrzeniem i łańcuchem dostaw po stronie sprzedawców modułów SoM (System-on-Module), takich jak iWave. Sprzedawcy ci utrzymują strategiczne relacje z kluczowymi dostawcami komponentów i stosują techniki proaktywnego prognozowania, aby zapewnić stałą dostępność dostaw i konkurencyjne ceny. Takie proaktywne zarządzanie skraca czasy realizacji, minimalizuje ryzyko związane z zaopatrzeniem i optymalizuje zarządzanie zapasami, ostatecznie przyczyniając się do oszczędności kosztów i wydajności operacyjnej firm.

Skuteczne zarządzanie cyklem życia produktu (PLM) ma kluczowe znaczenie dla utrzymania trwałości i konkurencyjności produktów opartych na bezpośrednio programowalnych macierzach bramek (FPGA). Sprzedawcy modułów SoM (System-on-Module) odgrywają kluczową rolę w tym aspekcie, stale monitorując komponenty pod kątem tego, czy nie stały się przestarzałe technologicznie, a także śledząc trendy rynkowe. Aktywnie aktualizują projekty modułów SoM (System-on-Module) i pakiety oprogramowania, wprowadzając nowe funkcje, ulepszenia i poprawki zabezpieczeń. Takie proaktywne podejście zmniejsza ryzyko związane z ogłoszeniem końca okresu życia (EOL, End-of-Life) komponentów, zapewniając bezproblemową ciągłość produktu i minimalizując zakłócenia w działalności operacyjnej klientów. Powierzając obowiązki związane z zarządzaniem cyklem życia produktu (PLM) sprzedawcom modułów SoM (System-on-Module), firmy mogą skoncentrować swoje wewnętrzne zasoby na innowacjach i kluczowych kompetencjach, a nie na zarządzaniu dynamiką łańcucha dostaw i łagodzeniu ryzyka związanego z cyklem życia produktu.

Korzyści dla deweloperów oprogramowania

Tworzenie oprogramowania dla systemów opartych na bezpośrednio programowalnych macierzach bramek (FPGA) można usprawnić i przyspieszyć dzięki użyciu modułów SoM (System-on-Module). Moduły te są dostarczane ze wstępnie zatwierdzonymi pakietami obsługi płytek (BSP) i projektami referencyjnymi, które zapewniają stabilne i ustandaryzowane środowisko programistyczne. Deweloperzy mogą wykorzystać te zasoby, aby przyspieszyć tworzenie oprogramowania aplikacyjnego bez komplikacji związanych z dostosowywaniem go do różnych konfiguracji sprzętowych. Takie podejście nie tylko skraca cykle rozwojowe, ale także zwiększa niezawodność i kompatybilność oprogramowania, pozwalając deweloperom skupić się na optymalizacji wydajności i funkcjonalności aplikacji.

Firma iWave oferuje różnorodne i kompleksowe portfolio modułów SoM (System-on-Module) we współpracy z wiodącymi sprzedawcami bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA), takimi jak AMD, Altera i Achronix. Partnerstwo to zapewnia firmie iWave wczesny dostęp do najnowocześniejszych technologii bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA), co pozwala na opracowywanie szerokiej gamy gotowych modułów SoM (System-on-Module) i komercyjnych komponentów gotowych (COTS) dostosowanych do potrzeb różnych zastosowań. Na przykład, w ramach serii Zynq UltraScale+ firmy AMD, firma iWave oferuje wiele opcji, takich jak iW-RainboW-G35M, iW-RainboW-G30M oraz iW-RainboW-G47M, z których każda oferuje inną konfigurację dopasowaną do innych wymagań w zakresie parametrów działania. Podobnie, we współpracy z firmami Altera i Achronix, firma iWave oferuje moduły SoM (System-on-Module), układ SoC FPGA iW-RainboW-G58M Agilex 5 oraz moduł SoM (System-on-Module) iW-RainboW-G64M Speedster7T, demonstrując możliwości współpracy z różnymi platformami FPGA.

Podsumowanie

Oprócz portfolio modułów SoM (System-on-Module), firma iWave oferuje klientom szereg usług w zakresie projektowania bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA), w tym projektowanie płytek nośnych, opracowywanie, portowanie i dostosowywanie wbudowanych układów bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA), portowanie do systemu Linux oraz pakietu pomocy technicznej dla płyt głównych (BSP), certyfikowanie oraz projektowanie mechaniczne. Od momentu powstania w 1999 roku, firma iWave specjalizuje się w inżynierii systemów wbudowanych, obsługując takie branże jak przemysł, medycyna, motoryzacja i awionika. Jej rozległa wiedza fachowa w dziedzinie technologii FPGA i SoC FPGA pozwala jej dostarczać solidne rozwiązania, które spełniają rygorystyczne normy branżowe i umożliwiają bezproblemowy rozwój produktów dla klientów na całym świecie.

Źródło: Dlaczego warto korzystać z modułów SoM (System-on-Module) bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA) w projektach bazujących bezpośrednio programowalnych macierzach bramek (FPGA)?

Kontakt w Polsce: poland.support@digikey.pl

Autor: Rolf Horn

Rolf Horn, Applications Engineer at DigiKey, has been in the European Technical Support group since 2014 with primary responsibility for answering any Development and Engineering related questions from final customers in EMEA, as well as writing and proof-reading German articles and blogs on DK’s TechForum and maker.io platforms. Prior to DigiKey, he worked at several manufacturers in the semiconductor area with focus on embedded FPGA, Microcontroller and Processor systems for Industrial and Automotive Applications. Rolf holds a degree in electrical and electronics engineering from the university of applied sciences in Munich, Bavaria and started his professional career at a local Electronics Products Distributor as System-Solutions Architect to share his steadily growing knowledge and expertise as Trusted Advisor.

Hobbies: spending time with family + friends, travelling in our VW-California transporter and motorbiking on a 1988 BMW GS 100.