Derfor bør vi bruke en FPGA SoM for FPGA-systemkonstruksjoner

Etterspørselen etter FPGA-er (feltprogrammerbare portmatriser) øker med utvidelsen av bruksområder som datasentre, datamaskiner med høy ytelse, medisinsk bildediagnostikk, nøyaktige layoutspor, spesialiserte kretskortmaterialer, formfaktorbegrensninger og varmeavledning. Tidligere valgte maskinvarekonstruktører en «brikke-ned»-arkitektur, spesifikke silisiumenheter og å utvikle et fullstendig spesialtilpasset kretskort for det aktuelle bruksområdet. Selv om denne tilnærmingen resulterer i en svært optimalisert implementering, kreves betydelig utviklingstid og høye finansielle investeringer for å nå produksjonsberedskap. For å spare tid og redusere utgifter vurderer konstruksjonsteamene nå mer integrerte løsninger som MCM-moduler (MCM – Multi-Chip Module), SiP-kapslinger (SiP – System-in-Packages), SBC-datamaskiner (SBC – Single-Board Computers) eller SoM-moduler (SoM – System-on-Modules).

FPGA SoM-markedet ekspanderer raskt, noe som gjør det mulig for et bredere spekter av brukere å ta i bruk FPGA-baserte plattformer. Disse SoM-ene brukes ofte i ulike utrustninger på grunn av deres tilpasningsdyktige arkitektur og brukervennlige konstruksjon.

Oversikt over FPGA SoM

En FPGA SoM er en kompakt databehandlingsmodul som er utviklet for å integreres i større systemer, i motsetning til frittstående SBC-er. Den inkluderer viktige komponenter som høyhastighets DDR-minne, flashlagring, strømstyring, vanlige grensesnittstyringer og programvare for kretskortstøttepakker (BSP – board support package), i tillegg til støtte for høyhastighets transceiverblokker og en rekke kommunikasjonsprotokoller som Ethernet, USB og PCIe.

SoM-tilnærmingen gir store fordeler ved å tilby en forhåndsbygd, forhåndstestet modul med viktige databehandlingsdeler og -programvare, akselerere utviklingstiden, redusere kostnader og forenkle komponentinnkjøp. Dette gjør det mulig for FoU-team å fokusere på virksomhetens spesifikke behov, noe som fører til mer forutsigbare konstruksjonssykluser og bedre forretningsresultater. I tillegg tilbyr SoM-er skalerbarhet og fleksibilitet, noe som gjør det enkelt å oppgradere eller endre komponenter uten å overhale hele systemet. Ved å dra nytte av SoM-er kan bedrifter bringe produkter ut på markedet raskere, redusere risikoen for konstruksjonsfeil og forbedre den generelle effektiviteten, noe som gjør dette til en attraktiv løsning for diverse avanserte bruksområder.

Tiden til ferdig produkt er ute på markedet (time-to-market)

En SoM-basert tilnærming reduserer utviklingstiden betydelig, noe som gjør det mulig å få produktet raskere ut på markedet. Siden SoM-er er forhåndstestet og godkjent av produsenter som iWave, kan konstruktører integrere disse modulene i produktene sine raskere og med færre feil. Denne forhåndsvalideringen sikrer at modulene oppfyller høye standarder for pålitelighet og ytelse, noe som eliminerer behovet for omfattende intern testing og feilsøking. Ved å dra nytte av SoM-er kan selskaper strømlinjeforme utviklingssyklusene sine, noe som reduserer tiden og ressursene som brukes på konstruksjons- og valideringsprosesser (figur 1). Dette gjør dem i stand til å fokusere på de unike verdierklæringene (value propositions) og kjernekompetanse sine, i stedet for å bli overveldet av kompleksiteten forbundet med systemintegrasjon. Den modulære egenskapen til SoM-er gir også fleksibilitet i konstruksjonsprosessen, noe som muliggjør endringer og justeringer selv i de senere utviklingsstadiene, uten noen betydelig omarbeiding.

Figur 1: Ved å bruke SoM-er kan konstruksjonstiden reduseres betydelig, noe som resulterer i at produktet kommer raskere ut på markedet. (Bildekilde: iWave)

Utviklingskostnader og -kompleksitet

Ved å bruke en produksjonsklar og godkjent SoM reduseres kompleksiteten til FPGA-systemkonstruksjonen betydelig. Ved å integrere forhåndstestede SoM-er i produktutviklingen, kan selskaper redusere risikoene forbundet med konstruksjonsfeil på maskinvaren og kompatibilitetsproblemer. Denne tilnærmingen akselererer ikke bare tiden det tar å få det ferdige produktet ut på markedet, men reduserer også de generelle kostnadene forbundet med utvikling og godkjenning. SoM-er gjennomgår strenge testordninger, inkludert strenge tester for elektromagnetisk kompatibilitet (EMC – electromagnetic compatibility) og diverse miljøstresstester som termisk syklus og aldring. Disse testene sikrer at modulene kan tåle tøffe driftsforhold og samtidig opprettholde pålitelig ytelse, noe som minimerer behovet for omfattende intern testing og valideringstiltak.

Produktmodularitet og -skalerbarhet

En av hovedfordelene med å ta i bruk en SoM-basert tilnærming for FPGA SoC-løsninger, er forbedret modularitet og skalerbarhet. SoM-er er konstruert for å støtte et bredt spekter av FPGA-logikkdensiteter, I/O-konfigurasjoner og transceiverfunksjoner. Denne fleksibiliteten gjør det mulig for produktutviklere å velge en egnet SoM som er i samsvar med deres spesifikke programkrav, uten å måtte gjøre om hele maskinvarearkitekturen. For eksempel kan en enkel tilkoblingskortarkitektur romme forskjellige SoM-konfigurasjoner, alt fra mindre FPGA-er med grunnleggende funksjoner til større, mer komplekse FPGA-er med avanserte prosesseringsegenskaper. Denne modulariteten legger til rette for sømløs skalerbarhet og fremtidssikring av konstruksjoner, noe som muliggjør enkle oppgraderinger til nyere FPGA-generasjoner eller -tilleggsfunksjoner i takt med markedets utvikling.

Figur 2: En FPGA SoC gir forbedret modularitet og skalerbarhet. (Bildekilde: iWave)

Administrasjon av forsyningskjeden og produktlivssyklusen

Å administrere forsyningskjeden for FPGA-baserte systemer innebærer å koordinere en rekke komponenter innhentet fra ulike leverandører. En SoM-sentrert tilnærming forenkler denne kompleksiteten ved å sammenslå ansvaret for innkjøp og administrasjon av forsyningskjeden med SoM-leverandørene, for eksempel iWave. Disse leverandørene opprettholder strategiske relasjoner med viktige komponentleverandører og bruker proaktive prognoseteknikker for å sikre konsekvent forsyningstilgjengelighet og konkurransedyktige priser. Denne proaktive administrasjonen reduserer leveringstider, minimerer innkjøpsrisikoer og optimaliserer lagerstyring, noe som i siste instans bidrar til kostnadsbesparelser og driftseffektivitet for bedrifter.

Figur 3: En SoM-sentrert tilnærming forenkler kompleksiteten ved å sammenslå ansvaret for innkjøp og administrasjonen av forsyningskjeden. (Bildekilde: iWave)

Effektiv administrasjon av produktlivssyklusen (PLM – Product Lifecycle Management) er avgjørende for å opprettholde levetiden og konkurranseevnen til FPGA-baserte produkter. SoM-leverandører spiller en sentral rolle for disse utsiktene ved å kontinuerlig overvåke foreldelse av komponenter og markedstrender. De oppdaterer proaktivt SoM-konstruksjoner og programvarepakker for å innlemme nye funksjoner, forbedringer og sikkerhetsoppdateringer. Denne proaktive tilnærmingen reduserer risikoene forbundet med kunngjøringer om beregnet levetid (EOL – End-of-Life) for komponenter, noe som sikrer sømløs produktkontinuitet og minimerer avbrudd i servicen til kunder. Ved å overlate PLM-ansvaret til SoM-leverandører, kan bedrifter fokusere de interne ressursene sine på innovasjon og kjernekompetanse, i stedet for å administrere dynamikken i forsyningskjeden og redusere risikoer i produktlivssyklusen.

Fordeler for programvareutviklere

Programvareutvikling for FPGA-baserte systemer kan strømlinjeformes og akselereres ved å bruke SoM-er. Disse modulene er utstyrt med forhåndsvaliderte kortstøttepakker (BSP – board support package) og referansedesigner, noe som gir et stabilt og standardisert programvareutviklingsmiljø. Utviklere kan dra nytte av disse ressursene for å fremskynde utviklingen av programvare uten å måtte spesialtilpasse programvaren til ulike maskinvarekonfigurasjoner. Denne tilnærmingen reduserer ikke bare utviklingssykluser, men forbedrer også programvarepålitelighet og -kompatibilitet, slik at utviklere kan fokusere på å optimalisere konstruksjonens yteevne og funksjonalitet.

iWave tilbyr et mangfoldig og omfattende SoM-sortiment i samarbeid med ledende FPGA-leverandører som AMD, Altera og Achronix. Dette partnerskapet gir iWave tidlig tilgang til banebrytende FPGA-teknologier, slik at de kan utvikle et bredt spekter av SoM-er og kommersielle COTS-standardmoduler (COTS – commercial off-the-shelf) som er skreddersydd for ulike konstruksjonsbehov. iWave, som tilhører AMDs Zynq UltraScale+-serie, tilbyr flere alternativer, slik som iW-RainboW-G35M, iW-RainboW-G30M og iW-RainboW-G47M, som hver tilbyr forskjellige konfigurasjoner som er egnet for ulike ytelseskrav. På samme måte, med Altera og Achronix, tilbyr iWave SoM-er som iW-RainboW-G58M Agilex 5 SoC FPGA og iW-RainboW-G64M Speedster7T SoM, som demonstrerer evnen til å imøtekomme ulike FPGA-plattformer.

Konklusjon

I tillegg til SoM-porteføljen, vil iWave støtte kunder med en rekke FPGA-prosjekteringstjenester, som omfatter bærerkortkonstruksjon, FPGA IP-utvikling, portering, spesialtilpasning, Linux- og BSP-portering, sertifiseringer og mekanisk konstruksjon. Helt fra starten av, i 1999, har iWave spesialisert seg på innebygd systemteknikk, og betjener bransjer som industri, medisin, bilindustri og luft- og romfartselektronikk. Deres omfattende ekspertise innen FPGA- og SoC-FPGA-teknologier gjør dem i stand til å levere robuste løsninger som oppfyller strenge industristandarder og muliggjør sømløs produktutvikling for deres globale kundekrets.