מדוע להשתמש‏ ב-FPGA SoM‏ עבור תכני מערכת FPGA‏?

הביקוש לרכיבי FPGA עולה עם ההתרחבות של יישומים כמו מרכזי נתונים, מחשבי ביצועים-עיליים, דימות רפואי, מעקב פריסה מדויק, חומרי PCB מיוחדים, מגבלות גורם צורה וניהול תרמי. מקודם, מתכנני חומרה בחרו בארכיטקטורה של שבבים בדידים, בחרו התקני סיליקון ספציפיים ופיתחו לוח מעגל מותאם-במיוחד במלואו עבור היישום. בעוד גישה זו מניבה יישום ממוטב ביותר, היא דורשת זמן פיתוח ועלות משמעותיים כדי להגיע למוכנות ייצור. כדי לחסוך זמן והוצאות, צוותי תכנון שוקלים עכשיו‏ פתרונות משולבים יותר כגון מודולים מרובי-שבבים (MCM), מערכת-במארז (SiP‏), מחשבי לוח-יחיד (SBC‏) או מערכת-על-מודול (SoM).

שוק ה-FPGA SoM‏ מתפשט במהירות, מאפשר‏ למגוון רחב יותר של משתמשים לאמץ פלטפורמות מבוססות-FPGA. מערכות SoM אלו משמשות באופן נרחב ביישומים שונים הודות לארכיטקטורה המסתגלת והתכן הידידותי-למשתמש שלהן.

סקירת מערכת-על-מודול FPGA

מערכת FPGA SoM‏ היא מודול מחשוב קומפקטי המיועד לשילוב במערכות גדולות יותר, להבדיל ממחשבי לוח יחיד העומדים בפני עצמם. היא כוללת רכיבים חיוניים כגון זיכרון DDR מהירות-גבוהה, אחסון Flash‏, ניהול הספק, בקרי ממשק נפוצים ותוכנת חבילת תמיכה בלוח (BSP), ביחד עם תמיכה בבלוקים של מקמ"ש מהירות-גבוהה ופרוטוקולים מרובים של תקשורת כמו Ethernet‏, USB‏ ו-PCIe‏.

גישת ה-SoM מספקת יתרונות משמעותיים בהציעה מודול בנוי מראש, בדוק מראש, עם חלקי מחשוב ליבה ותוכנה, תוך האצת זמן פיתוח, הקטנת עלויות ופישוט מיקור רכיבים. זה מאפשר לצוותי מחקר ופיתוח להתמקד בצרכים המיוחדים של החברה שלהם, מה שמוביל למחזורי תכנון צפויים יותר ולתוצאות עסקיות טובות יותר. נוסף לכך, מערכות SoM מציעות מדרגיות (Scalability) וגמישות, מה שמקל על שדרוג או שינוי רכיבים מבלי לשנות את המערכת כולה. על ידי מינוף מערכות SoM, חברות יכולות להביא מוצרים לשוק מהר יותר, להקטין את הסיכון של שגיאות תכנון ולשפר יעילות כוללת, מה שהופך אותן לפתרון אטרקטיבי עבור יישומים מתקדמים שונים.

זמן יציאה לשוק

גישה מבוססת SoM מקצרת משמעותית זמן פיתוח, מאפשרת זמן יציאה לשוק מהיר יותר. מאחר ומערכות SoM הן בדוקות ומאושרות על ידי יצרניות כמו iWave‏, מתכננים יכולים לשלב מודולים אלה במוצרים שלהם מהר יותר ועם פחות טעויות. אימות-מראש זה מבטיח שהמודולים עומדים בסטנדרטים גבוהים של‏ אמינות וביצועים, ומונעים את הצורך בבדיקות ופתרון בעיות מקיפות בתוך הארגון. על ידי מינוף מערכות SoM, חברות יכולות ליעל את מחזורי הפיתוח שלהם, לקצר את הזמן ולהקטין את המשאבים שמשקיעים בתכנון ותהליכי אימות (איור 1‏). זה מאפשר להן להתמקד בהצעות הערך הייחודיות שלהן וביכולות הליבה שלהן, במקום לשקוע במורכבויות של אינטגרציית מערכות. האופי המודולרי של‏ מערכות SoM מספק גם גמישות בתהליך התכנון, מאפשר שינויים והתאמות אפילו בשלבים המאוחרים יותר של הפיתוח, ללא עבודה-מחדש משמעותית.

איור 1: שימוש במערכות SoM יכול לקצר משמעותית זמן תכנון ומניב זמן יציאה לשוק מהיר יותר. (מקור תמונה: iWave)

עלות פיתוח ומורכבות

שימוש במערכת ‏SoM מוסמכת ומוכנה לייצור מצמצם משמעותית את המורכבות של תכנון מערכת FPGA‏. על ידי שילוב מערכות SoM בדוקות-מראש בפיתוח מוצר, חברות מפחיתות את הסיכונים הקשורים לשגיאות תכנון חומרה ובעיות תאימות. גישה זו לא רק מאיצה זמן יציאה לשוק אלא גם מקטינה עלויות פיתוח והסמכה כוללות. מערכות SoM עוברות משטרי בדיקות קפדניים, כולל בדיקות תאימות אלקטרומגנטית (EMC) מחמירות ומבחני מאמץ סביבתיים שונים כגון מחזור תרמי והזדקנות. בדיקות אלה מבטיחות כי המודולים יכולים לעמוד בתנאי הפעלה קשים תוך כדי שמירה על ביצועים אמינים, ובכך למזער את הצורך במאמצי בדיקה ואימות פנימיים נרחבים.

מודולריות ומדרגיות של מוצרים

אחד היתרונות העיקריים של‏ אימוץ גישה‏ מבוססת SoM עבור פתרונות FPGA ‏ מערכת-על-שבב (SoC‏) הוא מודולריות ומדרגיות משופרות. מערכות SoM מתוכננות לתמוך‏ במגוון רחב של צפיפויות לוגיות‏ FPGA‏, תצורות I/O ויכולות מקמ"ש. גמישות זו מאפשרת למתכנני מוצרים לבחור ב-‏SoM מתאימה התואמת לדרישות של היישום הספציפי שלהם ללא הצורך לתכנן מחדש את כל ארכיטקטורת החומרה. לדוגמה, ארכיטקטורת לוח נשא יחיד יכולה להתאים לתצורות SoM שונות, החל מרכיבי FPGA קטנים יותר עם פונקציות בסיסיות ועד רכיבי FPGA גדולים ומורכבים יותר עם יכולות עיבוד מתקדמות יותר. מודולריות זו מאפשרת מדרגיות חלקה והכנה לעתיד של תכנים, מאפשרת שדרוגים קלים לדורות ‏FPGA‏ חדשים יותר או פונקציונליות נוספת ככל שדרישות השוק מתפתחות.

איור 2: ‏FPGA SoC‏ מספקת מודולריות ומדרגיות משופרות. (מקור תמונה: iWave)

ניהול שרשרת אספקה ומחזור חיי מוצר

ניהול שרשרת האספקה של מערכות מבוססות FPGA‏ כרוך בתאום של‏ מספר רב של‏ רכיבים המסופקים מספקים שונים. גישה ממוקדת SoM מפשטת מורכבות זו על ידי איחוד תחומי אחריות הרכש וניהול שרשרת האספקה עם ספקי ה-SoM, כמו iWave‏. ספקים אלה מקיימים קשרים אסטרטגיים עם ספקי רכיבים מרכזיים ומשתמשים בטכניקות חיזוי יזומות כדי להבטיח זמינות אספקה עקבית ותמחור תחרותי. ניהול יזום זה מפחית את זמני האספקה וממזער את סיכוני הרכש, וממטב ניהול מלאי, בסופו של דבר תורם לחיסכון בעלויות ויעילות תפעולית של חברות.

איור 3: גישה ממוקדת SoM מפשטת את המורכבות על ידי איחוד תחומי האחריות לניהול רכש ושרשרת אספקה. (מקור תמונה: iWave)

ניהול מחזור חיי מוצר יעיל (PLM‏) הוא חיוני עבור שמירה על תוחלת החיים והתחרותיות של מוצרים מבוססי FPGA. ספקי SoM משחקים תפקיד מרכזי בהיבט זה על ידי ניטור רציף של התיישנות רכיבים ומגמות שוק. הם מעדכנים באופן יזום תכני SoM וחבילות תוכנה כדי לשלב תכונות חדשות, שיפורים וטלאי תוכנה. גישה פרואקטיבית זו מפחיתה את הסיכונים הקשורים עם הודעות EOL (סוף חיי) רכיב, מבטיחה המשכיות מוצר חלקה ומזעור הפרעה לפעילות לקוח. על ידי הטלת אחריות PLM על ספקי SoM, חברות יכולות למקד את המשאבים הפנימיים שלהן בחדשנות וביכולות ליבה, במקום על ניהול דינמיקה של שרשרת אספקה והקטנת סיכוני מחזור חיי מוצר.

יתרונות למפתחי תוכנה

פיתוח תוכנה עבור מערכות מבוססות-FPGA‏ ניתן לייעל ולהאיץ באמצעות מערכות SoM. מודולים אלה באים מצוידים עם חבילות תמיכה בלוח (BSPs) ותכני ייחוס מאומתים מראש, המספקים‏ סביבת פיתוח תוכנה יציבה וסטנדרטית. מפתחים יכולים למנף משאבים אלה כדי לזרז פיתוח תוכנת יישום ללא המורכבות של התאמת תוכנה לתצורות חומרה שונות. גישה זו לא רק מפחיתה את מחזורי הפיתוח אלא גם משפרת את אמינות ותאימות התוכנה, נותנת אפשרות למפתחים להתמקד במיטוב ביצועים ופונקציונליות של יישומים.

iWave‏ מציעה סל מוצרי SoM מגוון ומקיף בשיתוף-פעולה עם ספקי FPGA מובילים כמו AMD,‏ Altera ו-Achronix. שותפות זו מעניקה ל-iWave גישה מוקדמת לטכנולוגיות FPGA חדשניות, מה שמאפשר לה לפתח מגוון רחב של מערכות SoM ומודולים מסחריים מן-המדף (COTS) המותאמים לצרכי יישום שונים. לדוגמה, תחת סדרת +Zynq UltraScale של AMD,‏ iWave מספקת אפשרויות מרובות כגון ה-iW-RainboW-G35M,‏ iW-RainboW-G30M ו-iW-RainboW-G47M, כל אחת מציעה תצורות שונות המתאימות לדרישות ביצוע שונות. באופן דומה, עם Altera ו-Achronix,‏ iWave מציעה מערכות SoM כמו ה-iW-RainboW-G58M Agilex 5 SoC FPGA ו-iW-RainboW-G64M Speedster7T SoM, מציגה את היכולת שלה לספק פלטפורמות FPGA מגוונות.

סיכום

מעבר לפורטפוליו ה-SoM שלה, iWave תומכת בלקוחות עם מגוון שירותי תכנון FPGA כולל תכנון לוח נשא, פיתוח FPGA IP, התאמה לעבודה בסביבת מחשוב שונה (porting), התאמה מיוחדת, התאמה לעבודה עם Linux ו-Board Support Package‏ (BSP), הסמכה ותכנון מכני. מאז הקמתה בשנת 1999‏, חברת iWave‏ מתמחה בהנדסת מערכות משובצות, משרתת שווקים כמו תעשייתי, רפואי, רכב ואוויוניקה. המומחיות הנרחבת שלה בטכנולוגיות FPGA‏ ו-SoC FPGA‏ מאפשרת לה לספק פתרונות איתנים העומדים בתקני התעשייה המחמירים ביותר ומאפשרים פיתוח מוצרים חלק עבור קהל הלקוחות הגלובלי שלה.