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來(lái)源：Digikey 作者：Tawfeeq Ahmad 隨著(zhù)數據中心、高性能計算機、醫學(xué)成像、精確布局線(xiàn)跡、專(zhuān)用 PCB 材料、外形限制以及熱管理等應用的擴展，對 FPGA 的需求也在不斷上升。以前，硬件設計人員會(huì )選擇“芯片向下”架構，為應用選擇特定硅器件并開(kāi)發(fā)完全定制的電路板。雖然這種方法可實(shí)現高度優(yōu)化的實(shí)施，但需要大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本才能達到生產(chǎn)就緒狀態(tài)。為了節約時(shí)間和費用，設計團隊現在正在考慮更加集成的解決方案，例如多芯片模塊 (MCM)、系統級封裝 (SiP)、單板機 (SBC) 或系統級模塊 (SoM)。 FPGA SoM 市場(chǎng)正在迅速擴大，使得更多用戶(hù)能夠采用基于 FPGA 的平臺。這些 SoM 因其適應性強的架構和用戶(hù)友好的設計而在各種應用中被廣泛采用。 FPGA 系統級模塊概述 與獨立的單板機不同，FPGA SoM 是一種緊湊型計算模塊，設計用于集成到更大的系統中。該模塊包括高速 DDR 內存、閃存、電源管理、通用接口控制器和板級支持包 (BSP) 軟件等基本組件，以及對高速收發(fā)器模塊和以太網(wǎng)、USB 和 PCIe 等多種通信協(xié)議的支持。 SoM 方法具有顯著(zhù)優(yōu)勢，可提供一個(gè)包含核心計算部件和軟件的預構建、預測試模塊，從而縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間、降低成本并簡(jiǎn)化組件采購流程。這使得研發(fā)團隊能夠專(zhuān)注于公司的特定需求，從而帶來(lái)更可預測的設計周期和更好的業(yè)務(wù)成果。此外，SoM 還具有可擴展性和靈活性，可輕松升級或修改組件，而無(wú)需對整個(gè)系統進(jìn)行全面改造。通過(guò)利用 SoM，公司可以更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，降低設計錯誤的風(fēng)險，并提高整體效率，這使得 SoM 成為對各種先進(jìn)應用都極具吸引力的解決方案。 上市時(shí)間 基于 SoM 的方法可大幅縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，因而上市速度更快。由于 SoM 經(jīng)過(guò) iWave 等制造商的預先測試和認證，因此設計人員能夠更快地將這些模塊集成到產(chǎn)品中，并且錯誤也更少。這樣的預先驗證可確保模塊符合高可靠性和性能標準，因而無(wú)需再進(jìn)行大量的內部測試和故障排除工作。通過(guò)利用 SoM，公司可簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)周期，減少設計和驗證過(guò)程所花費的時(shí)間和資源（圖 1）。這使得公司能夠專(zhuān)注于自己獨特的價(jià)值主張和核心競爭力，而無(wú)需糾纏于復雜的系統集成。SoM 的模塊化特性還可為設計過(guò)程提供靈活性，即使在開(kāi)發(fā)的后期階段，也可進(jìn)行更改和調整，無(wú)需進(jìn)行大規模的返工。 
圖 1：使用 SoM 可大幅縮短設計時(shí)間，因而上市速度更快。（圖片來(lái)源：iWave） 開(kāi)發(fā)成本和復雜性 利用生產(chǎn)就緒且合格的 SoM 可大幅降低 FPGA 系統設計的復雜性。通過(guò)將預測試 SoM 集成到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，公司可降低與硬件設計錯誤和兼容性問(wèn)題相關(guān)的風(fēng)險。這種方法不僅能加快產(chǎn)品上市，而且還能降低整體開(kāi)發(fā)和認證成本。SoM 的測試體系非常嚴格，其中包括嚴格的電磁兼容性 (EMC) 測試，以及熱循環(huán)和老化測試等各種環(huán)境應力測試。這些測試可確保模塊能夠承受惡劣的工作條件，同時(shí)保持可靠性能，從而最大限度減少對大量?jì)炔繙y試和驗證工作的需求。 產(chǎn)品模塊性和可擴展性 對于 FPGA 片上系統 (SoC) 解決方案，采用基于 SoM 的方法的主要優(yōu)勢之一是增強的模塊性和可擴展性。SoM 設計支持各種 FPGA 邏輯密度、I/O 配置和收發(fā)器功能。這種靈活性使得產(chǎn)品設計人員能夠選擇符合其特定應用要求的合適 SoM，而無(wú)需重新設計整個(gè)硬件架構。例如，單載板架構可容納不同的 SoM 配置，從具有基本功能的小型 FPGA 到具有先進(jìn)處理能力、更復雜的大型 FPGA。這種模塊性對設計的無(wú)縫可擴展性和面向未來(lái)的能力有利，可根據市場(chǎng)需求變化輕松升級到更新一代的 FPGA 或增加其他功能。
圖 2：FPGA SoC 提供增強的模塊性和可擴展性。（圖片來(lái)源：iWave） 供應鏈和產(chǎn)品生命周期管理 基于 FPGA 的系統的供應鏈管理涉及協(xié)調從不同供應商采購的眾多組件。以 SoM 為中心的方法通過(guò)將采購和供應鏈管理職責與 SoM 供應商（如 iWave）整合，簡(jiǎn)化了這種復雜性。這些供應商可與關(guān)鍵組件供應商保持戰略合作關(guān)系，并采用前瞻性的預測技術(shù)，以確保穩定的供應能力和有競爭力的定價(jià)。這種前瞻性管理方式可縮短交貨期，最大限度降低采購風(fēng)險，并優(yōu)化庫存管理，最終有助于公司節約成本，提高運營(yíng)效率。 高效的產(chǎn)品生命周期管理 (PLM) 對于保持基于 FPGA 的產(chǎn)品的壽命和競爭力至關(guān)重要。SoM 供應商通過(guò)持續監控組件的淘汰情況和市場(chǎng)趨勢，在這方面發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。他們會(huì )主動(dòng)更新 SoM 設計和軟件包，以加入新功能、增強功能和安全補丁。這種前瞻性方法可降低與組件 EOL（壽命終止）公告相關(guān)的風(fēng)險，從而確保無(wú)縫的產(chǎn)品連續性，并最大限度減少對客戶(hù)運營(yíng)的干擾。通過(guò)將 PLM 職責委托給 SoM 供應商，公司可將內部資源集中用于創(chuàng )新和核心競爭力，而不是用于管理供應鏈動(dòng)態(tài)和降低產(chǎn)品生命周期風(fēng)險。 對軟件開(kāi)發(fā)人員的益處 使用 SoM 可簡(jiǎn)化和加速基于 FPGA 的系統的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程。這些模塊配備預驗證的板級支持包 (BSP) 和參考設計，提供了穩定的標準化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。開(kāi)發(fā)人員可利用這些資源加快應用軟件的開(kāi)發(fā)，而無(wú)需根據不同硬件配置調整軟件，從而減少復雜性。這種方法不僅可縮短開(kāi)發(fā)周期，而且還可增強軟件的可靠性和兼容性，從而使開(kāi)發(fā)人員能夠專(zhuān)注于優(yōu)化應用的性能和功能。 iWave 與 AMD、Altera 和 Achronix 等領(lǐng)先 FPGA 供應商合作，提供多樣化、全面的 SoM 產(chǎn)品組合。這種合作關(guān)系使得 iWave 能夠提前獲得尖端 FPGA 技術(shù)，從而開(kāi)發(fā)出適合不同應用需求的各種 SoM 和商用現成 (COTS) 模塊。例如，在 AMD 的 Zynq UltraScale+ 系列下，iWave 提供多種選擇，例如 iW-RainboW-G35M、iW-RainboW-G30M 和 iW-RainboW-G47M，每種選擇都提供適合不同性能要求的不同配置。類(lèi)似地，iWave 與 Altera 和 Achronix 合作推出了 iW-RainboW-G58M Agilex 5 SoC FPGA 和 iW-RainboW-G64M Speedster7T SoM 等 SoM，展示了其滿(mǎn)足各種 FPGA 平臺要求的能力。 結語(yǔ) 除 SoM 產(chǎn)品組合外，iWave 還通過(guò)一系列 FPGA 設計服務(wù)為客戶(hù)提供支持，其中包括載板設計、FPGA IP 開(kāi)發(fā)、移植、定制、Linux 和板級支持包 (BSP) 移植、認證以及機械設計。自 1999 年成立以來(lái)，iWave 一直專(zhuān)注于嵌入式系統工程設計，服務(wù)于工業(yè)、醫療、汽車(chē)和航空電子等行業(yè)。iWave 在 FPGA 和 SoC FPGA 技術(shù)方面擁有豐富的專(zhuān)業(yè)知識，因而能夠提供符合嚴格行業(yè)標準的強大解決方案，支持全球客戶(hù)實(shí)現無(wú)縫產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。 |
