Powstanie grupy roboczej HFM zajmującej się modułami System-on-Module FPGA

Coraz powszechniejsze użycie modułów SoM (System-on-Module) bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA) zmienia oblicze projektowania nowoczesnych produktów w różnych branżach. Ten wzrostowy trend podkreśla znaczne zapotrzebowanie branży na zunifikowany standard, który będzie w stanie uprościć projektowanie i produkcję modułów SoM FPGA. Standard taki pozwoliłby zoptymalizować parametry działania, koszty i elastyczność, ułatwiając inżynierom i deweloperom realizację skomplikowanych zastosowań.

(Źródło ilustracji: iWave)

Zalety modułów SoM (System-on-Module) FPGA

Podejście wykorzystujące moduły SoM FPGA nabiera znaczenia ze względu na znaczące zalety polegające na uproszczeniu procesu projektowania. Dzięki użyciu modułów SoM projektanci nie muszą wykonywać wielu skomplikowanych zadań, co nie tylko skraca czas prac rozwojowych, ale również zapewnia najwyższą jakość produktów. Sposoby w jakie moduły SoM FPGA rozwiązują główne wyzwania projektowe:

• Skomplikowana konstrukcja obwodu zasilania: moduły SoM FPGA usprawniają złożone konstrukcje obwodów zasilania, w tym skomplikowane wymagania dotyczące sekwencjonowania zasilania.
• Wyższa gęstość mocy: obsługują one wyższą gęstość mocy w ograniczonej przestrzeni na płytkach, co jest niezbędne w zaawansowanych i kompaktowych zastosowaniach.
• Skuteczna obsługa wejść i wyjść: moduły SoM FPGA upraszczają obsługę skomplikowanych banków wejścia-wyjścia, upraszczając współpracę z wieloma standardami wejścia-wyjścia.
• Pamięć DDR i obsługa sygnałów o dużej szybkości: moduły SoM FPGA pozwalają na precyzyjne zarządzanie szybkimi układami pamięci DDR i integralnością sygnałów, co poprawia ogólną przepustowość i wiarygodność danych.
• Odprowadzanie ciepła i kompaktowa konstrukcja: skuteczne rozpraszanie ciepła pozwala modułom SoM FPGA utrzymywać optymalne poziomy temperatur przy zachowaniu kompaktowego kształtu.

Ogólnie ujmując, moduły SoM FPGA poprawiają również skalowalność projektów, obsługują szeroki zakres zastosowań o różnorodnych wymaganiach dotyczących gęstości logicznej, wejść-wyjść oraz linii nadawczo-odbiorczych.

Potrzeba wprowadzenia standardu: inicjatywa Harmonized FPGA Module™ (HFM)

W lutym 2024 roku stowarzyszenie Standardization Group for Embedded Technologies e.V. (SGeT) zapoczątkowało istotny etap, tworząc grupę roboczą w celu opracowania standardu Harmonized FPGA Module™ (HFM). Inicjatywa ta, zainaugurowana na spotkaniu założycielskim z 18 globalnymi organizacjami, ma na celu stworzenie ram normatywnych dla programowalnych macierzy bramek i układów SoC FPGA. Podczas tego spotkania Sheik Abdullah z iWave został mianowany przewodniczącym Zespołu ds. Rozwoju Standardu (SDT), kierując wysiłkami zmierzającymi do ustanowienia globalnego standardu w ramach szóstego dużego projektu stowarzyszenia SGeT.

Cele i zakres normy zharmonizowanego standardu modułów FPGA

Głównym celem zespołu ds. rozwoju standardu Harmonized FPGA Module™ (HFM) jest opracowanie uniwersalnego i ujednoliconego standardu dla lutowanych i międzypłytkowych modułów FPGA. Standard ten będzie dotyczył szerokiej gamy konfiguracji FPGA, koncentrując się na podaniu wariantów dla podstawowych i średnio zaawansowanych bezpośrednio programowalnych macierzy bramek, a także na modułowym podejściu do macierzy FPGA średniej i wysokiej klasy. Misja polega na dwutorowym podejściu do projektowania modułów SoM (System-on-Module) w celu zwiększenia elastyczności i funkcjonalności:

• Lutowane moduły FPGA: ta opcja jest idealna do zastosowań, w których kompaktowość, mała moc i trwałość są najważniejsze.
• Moduły oparte na złączach: moduły te są odpowiednie do zastosowań o wyższych parametrach działania, umożliwiając uzyskanie większej skalowalności i dostępności komponentów.

Oba projekty stwarzają te same fundamentalne wyzwania techniczne, takie jak zarządzanie energią, kontrola nad temperaturą i szybka łączność. Dlatego opracowanie zharmonizowanego standardu jest zarówno praktyczne, jak i korzystne. Standard ten ma na celu rozwiązanie tych powszechnie występujących problemów i ustanowienie podstawowych ram, mających zastosowanie do obu typów modułów.

Wizja standardu HFM

Poprzez inicjatywę HFM, stowarzyszenie SGeT dąży do wspierania ekosystemu, w którym rozwijają się innowacje, a granice systemów wbudowanych są definiowane na nowo. Cele standaryzacji:

1. Promowanie ekonomiki kosztowej i skrócenie czasu wprowadzania produktów na rynek: dzięki uproszczeniu projektowania i integracji standard HFM pozwoli przedsiębiorstwom na szybsze wprowadzanie produktów na rynek przy mniejszym zużyciu zasobów.
2. Zwiększenie elastyczności i interoperacyjności: ustandaryzowane podejście zapewni większą kompatybilność między różnymi rozwiązaniami FPGA, co zachęci do szerszego stosowania tej technologii.
3. Stymulacja postępu technologicznego: omawiana inicjatywa ma na celu przesunięcie granic technologii wbudowanych, umożliwiając tworzenie coraz bardziej złożonych i wydajnych zastosowań w różnych branżach, od automatyzacji po wysokowydajne systemy obliczeniowe.

Przyłącz się do tworzenia standardu HFM

Stowarzyszenie SGeT zaprasza wszystkie firmy z sektora technologii wbudowanych do udziału w pracach nad zharmonizowanym standardem modułów FPGA. Jest to okazja dla uczestników branży, aby podzielić się swoją wiedzą, kształtować przyszłość projektowania modułów FPGA i stać się częścią współpracującej ze sobą społeczności, która koncentruje się na pionierskim podejściu do wbudowanych rozwiązań obliczeniowych.

Osoby zainteresowane dołączeniem do tego rozwojowego projektu standaryzacyjnego mogą w tej sprawie pisać na adres info@sget.org.

Szersze konsekwencje standaryzacji modułów SoM FPGA

1. Przyspieszenie rozwoju rynku wbudowanych systemów obliczeniowych: oczekuje się, że standard HFM przyspieszy wdrażanie rozwiązań opartych na FPGA na nowych rynkach. Na przykład sektory takie jak automatyka przemysłowa i zastosowania Internetu rzeczy (IoT) oparte na sztucznej inteligencji (AI), w których kluczowe znaczenie mają zdolności adaptacji oraz dostosowywania, mogą skorzystać z usprawnionej integracji, jaką zapewniają ustandaryzowane moduły SoM. Dzięki zmniejszeniu złożoności prac rozwojowych więcej firm może badać i wdrażać technologie bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA) bez konieczności posiadania dogłębnej wiedzy w zakresie projektowania FPGA, otwierając nowe możliwości dla wbudowanych rozwiązań obliczeniowych.
2. Korzystny wpływ na łańcuchy dostaw: dzięki ustandaryzowanemu podejściu sprzedawcy, dostawcy i producenci mogą sprawniej zarządzać zapasami, zmniejszyć różnorodność części i uprościć logistykę. Standardowe rozmiary modułów SoM (System-on-Module) pozwalają dostawcom komponentów utrzymać stałą jakość, a jednocześnie oferować szereg wariantów układów SoC i FPGA, które mogą ze sobą współpracować na różnych platformach, co ostatecznie obniża koszty i zwiększa dostępność.
3. Wzajemna kompatybilność w przyszłościowych projektach: zharmonizowany standard pozwala również tworzyć przyszłościowe projekty. Dzięki ustanowieniu wspólnych interfejsów, konfiguracji wtyków i metod odprowadzania ciepła, inżynierowie mogą łatwiej modernizować lub wymieniać moduły SoM FPGA w istniejących produktach. Ta elastyczność pozwoli firmom wydłużyć cykl życia produktu i szybko dostosować się do nowych innowacji sprzętowych bez konieczności gruntownych zmian w projektach.
4. Współpraca między firmami i innowacje: standard HFM może przyczynić się do rozszerzenia współpracy między przedsiębiorstwami poprzez ustanowienie wspólnego języka projektowania w całej branży FPGA. Dzięki tej wspólnej strukturze firmy mogą współpracować nad zaawansowanymi rozwiązaniami, takimi jak szybkie przetwarzanie danych, akceleratory uczenia głębokiego i moduły przetwarzania brzegowego. Takie środowisko współpracy może prowadzić do szybszych cykli innowacji i zwiększonej funkcjonalności dla użytkowników końcowych.

Ulepszenia techniczne i innowacje w standardzie HFM

1. Interoperacyjne układy wtyków i konfiguracje zasilania: standaryzacja układów wtyków i konfiguracji zasilania będzie kluczowa dla zapewnienia modułowości i elastyczności. Pozwoli ona projektantom na dostosowanie jednego projektu płytki do różnych bezpośrednio programowalnych macierzy bramek, zwiększając modułową adaptacyjność i oferując łatwiejszą drogę do modernizacji modułów FPGA w miarę rozwoju technologii.
2. Zunifikowane rozpraszanie ciepła i wytyczne termiczne: różne moduły SoM FPGA mają różne wymagania termiczne i dotyczące zasilania, a standard HFM ma na celu uwzględnienie wytycznych dotyczących zoptymalizowanego rozpraszania ciepła. Wytyczne te standaryzują praktyki radzenia sobie z obciążeniami termicznymi, z korzyścią dla zastosowań w środowiskach przemysłowych, szybkich rozwiązaniach obliczeniowych i innych dziedzinach, w których niezawodność termiczna jest niezbędna.
3. Modułowa kompatybilność oprogramowania: dzięki ustandaryzowanemu podejściu do sprzętu, również spójność obsługi oprogramowania może wzrosnąć. Standaryzacja taka pozwoli na uniwersalną kompatybilność oprogramowania i oprogramowania układowego pomiędzy różnymi modułami SoM FPGA, zmniejszając potrzebę stosowania niestandardowych sterowników i poprawek oprogramowania, co z kolei uprości projektowanie przez inżynierów i zapewni wyższą niezawodność.
4. Podwyższone standardy zabezpieczeń: zabezpieczenia są coraz istotniejsze w systemach wbudowanych. Standard HFM pozwoli zdefiniować minimalne kryteria zabezpieczeń dla modułów SoM FPGA, takie jak obsługa szyfrowania, możliwości bezpiecznego uruchamiania oraz wykrywanie nieautoryzowanych ingerencji. Te dodatkowe funkcje zabezpieczeń sprawią, że moduły SoM FPGA staną się jeszcze atrakcyjniejsze dla krytycznych aplikacji, w których bezpieczeństwo danych jest priorytetem, takich jak urządzenia medyczne i systemy obronne.

Rola standardu HFM we wdrażaniu zastosowań nowej generacji

1. Obsługa aplikacji brzegowych i sztucznej inteligencji: wraz z rozwojem sztucznej inteligencji i przetwarzania brzegowego macierze FPGA nabrały kluczowego znaczenia dla obsługi przetwarzania równoległego i przetwarzania danych w czasie rzeczywistym. Standard HFM obsłuży skalowalne rozwiązania FPGA zaprojektowane pod kątem zastosowań sztucznej inteligencji, umożliwiając szybsze wdrażanie modeli uczenia maszynowego i brzegowe przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym.
2. Rozwój rozwiązań Internetu rzeczy i łączności: w Internecie rzeczy (IoT), gdzie niski pobór mocy i wydajne przetwarzanie danych mają znaczenie kluczowe, ustandaryzowane moduły SoM FPGA pozwalają znacznie uprościć integrację przetwarzania danych z czujników, komunikacji między maszynami i systemów monitorowania w czasie rzeczywistym. Dzięki usprawnieniu rozwoju bezpośrednio programowalnych macierzy bramek, standard HFM może odgrywać kluczową rolę w rozszerzaniu zastosowań IoT na rolnictwo, miasta inteligentne i sektory energetyczne.
3. Transformacja automatyki przemysłowej: ustandaryzowane moduły SoM FPGA mogą zapewnić nowy poziom zdolności adaptacyjnych w systemach automatyki przemysłowej, gdzie elastyczność i odporność mają znaczenie kluczowe. Obejmuje to robotykę, konserwację predykcyjną i produkcję precyzyjną, gdzie niestandardowe rozwiązania FPGA zapewniają szybkość i wydajność potrzebną do przetwarzania ogromnych ilości danych w czasie rzeczywistym.

Przyszłość standardu HFM i kolejne etapy

1. Globalne programy adaptacji i certyfikacji: stowarzyszenie SGeT prawdopodobnie wprowadzi programy certyfikacji, aby zapewnić zgodność modułów SoM FPGA ze standardami HFM. Certyfikacja pozwoli zwiększyć wiarygodność dostawców bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA) i da użytkownikom pewność co do kompatybilności i niezawodności produktów, podobnie jak programy certyfikacji w innych standardach technologicznych, na przykład PCIe i USB.
2. Rozwój ekosystemów i sieci wsparcia: kluczowym czynnikiem dla sukcesu standardu HFM będzie rozwój solidnego ekosystemu, obejmującego materiały szkoleniowe, fora dla programistów i biblioteki oprogramowania. Ta infrastruktura wsparcia umożliwi inżynierom efektywne wykorzystanie modułów SoM FPGA w projektach, co przyczyni się do przyjęcia standardu.
3. Finansowanie badań i prac rozwojowych: wraz ze wzrostem popularności inicjatywy HFM, możemy zaobserwować coraz większe zainteresowanie finansowaniem projektów zgodnych ze standardami HFM ze strony władz, instytucji badawczych i prywatnych inwestorów. Takie finansowanie pozwala przyspieszyć prace badawczo-rozwojowe, dzięki czemu innowacyjne zastosowania bezpośrednio programowalnych macierzy bramek mogą być szybciej wprowadzane na rynek, zwłaszcza w sektorach, które opierają się na wydajnych, skalowalnych i bezpiecznych obliczeniach.
4. Możliwości rozszerzenia zakresu standardu: wraz z rozwojem technologii i funkcji macierzy FPGA istnieje możliwość rozszerzenia standardu HFM na nowe technologie, takie jak obliczenia kwantowe i integracja fotoniczna. Ustanawiając elastyczny standard teraz, stowarzyszenie SGeT kładzie podwaliny pod przyszłe ulepszenia, które mogą włączyć ulepszenia sprzętowe nowej generacji do ekosystemu modułów SoM FPGA.

Standard Harmonized FPGA Module (HFM) nie tylko odpowiada na bieżące wyzwania w branży, ale także zapewnia trwały wzrost znaczenia i zdolności adaptacyjnych dla technologii FPGA w szybko zmieniającym się świecie wbudowanych rozwiązań obliczeniowych. Dzięki ustandaryzowanemu rozwojowi i współpracy, omawiana inicjatywa ma na celu wzmocnienie pozycji projektantów, promowanie innowacji oraz przyspieszenie wprowadzania produktów na rynek w szerokim zakresie zastosowań.

Dlaczego warto wybrać iWave

Rozbudowane portfolio platform bezpośrednio programowalnych macierzy bramek (FPGA) i układów SoC FPGA firmy iWave, w połączeniu z głęboką wiedzą techniczną, pozwala klientom opracowywać najnowocześniejsze produkty, które wykorzystują najnowsze osiągnięcia w dziedzinie sztucznej inteligencji (AI), uczenia maszynowego i przetwarzania brzegowego. Nawiązując współpracę z firmą iWave, przedsiębiorstwa mogą przyspieszyć rozwój produktów, zmniejszyć ryzyko i wyprzedzić konkurencję w coraz bardziej złożonym krajobrazie technologicznym.

Aby uzyskać więcej informacji lub omówić wymagania niestandardowe, prosimy o kontakt pod adresem mktg@iwave-global.com