Kleine und große Superhelden Vorteile von FPGA-SoMs für das FPGA-Systemdesign

Der FPGA-SoM-Markt expandiert schnell und ermöglicht es einer größeren Anzahl von Anwendern, FPGA-basierte Plattformen einzusetzen. Diese SoMs werden aufgrund ihrer anpassungsfähigen Architektur und ihres benutzerfreundlichen Designs in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt.

FPGA-SoM - Übersicht

Ein FPGA-SoM ist ein kompaktes Rechenmodul, das im Gegensatz zu eigenständigen Einplatinencomputern in größere Systeme integriert werden kann. Es umfasst wesentliche Komponenten wie Highspeed-DDR-Speicher, Flash-Speicher, Energiemanagement, allgemeine Schnittstellen-Controller und BSP-Software (Board Support Package Software) sowie Unterstützung für Highspeed-Transceiver-Blöcke und mehrere Kommunikationsprotokolle wie Ethernet, USB und PCIe.

Der SoM-Ansatz bietet erhebliche Vorteile, da er ein vorgefertigtes, vorgetestetes Modul mit den wichtigsten Computerteilen und der Software bietet, was die Entwicklungszeit beschleunigt, die Kosten senkt und die Beschaffung von Komponenten vereinfacht. Dadurch können sich die Forschungs- und Entwicklungsteams auf die spezifischen Bedürfnisse ihres Unternehmens konzentrieren, was zu besser vorhersehbaren Entwicklungszyklen und besseren Geschäftsergebnissen führt. Darüber hinaus bieten SoMs Skalierbarkeit und Flexibilität, so dass es einfach ist, Komponenten aufzurüsten oder zu ändern, ohne das gesamte System zu verändern. Durch den Einsatz von SoMs können Unternehmen Produkte schneller auf den Markt bringen, das Risiko von Konstruktionsfehlern verringern und die Gesamteffizienz verbessern, was sie zu einer attraktiven Lösung für verschiedene fortschrittliche Anwendungen macht.

Markteinführungszeit

Ein SoM-basierter Ansatz verkürzt die Entwicklungszeit erheblich und ermöglicht so eine schnellere Markteinführung. Da SoMs von Herstellern wie iWave vorab getestet und qualifiziert werden, können diese Module schneller und mit weniger Fehlern in Produkte integriert werden. Durch diese Vorabvalidierung wird sichergestellt, dass die Module hohe Zuverlässigkeits- und Leistungsstandards erfüllen, wodurch umfangreiche interne Tests und Fehlersuche überflüssig werden. Durch den Einsatz von SoMs können Unternehmen ihre Entwicklungszyklen straffen und den Zeit- und Ressourcenaufwand für Design- und Validierungsprozesse reduzieren (Abbildung 1). So können sie sich auf ihr einzigartiges Leistungsangebot und ihre Kernkompetenzen konzentrieren, anstatt sich in der Komplexität der Systemintegration zu verzetteln. Der modulare Charakter von SoMs bietet auch Flexibilität im Entwurfsprozess, so dass Änderungen und Anpassungen auch in späteren Entwicklungsphasen ohne größere Nacharbeiten möglich sind.

Entwicklungskosten und Komplexität

Die Verwendung eines produktionsreifen und qualifizierten SoMs reduziert die Komplexität des FPGA-Systemdesigns erheblich. Durch die Integration von vorab getesteten SoMs in die Produktentwicklung verringern Unternehmen die verschiedenen Risiken, die mit Hardware-Designfehlern und Kompatibilitätsproblemen verbunden sind. Dieser Ansatz beschleunigt nicht nur die Markteinführung, sondern reduziert auch die gesamten Entwicklungs- und Qualifikationskosten.

SoMs werden strengen Prüfverfahren unterzogen, darunter strenge Tests zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und verschiedene Umweltbelastungstests wie Temperaturwechsel und Alterung. Durch diese Tests wird sichergestellt, dass die Module rauen Betriebsbedingungen standhalten und gleichzeitig eine zuverlässige Performance erbringen, wodurch der Bedarf an umfangreichen internen Tests und Validierungen des Probanden minimiert wird.

Produktmodularität und Skalierbarkeit

Einer der Hauptvorteile eines SoM-basierten Ansatzes für FPGA-SoC-Lösungen (SoC: System-on-Chip) ist die verbesserte Modularität und Skalierbarkeit. SoMs sind so konzipiert, dass sie eine breite Palette von FPGA-Logikdichten, I/O-Konfigurationen und Transceiver-Funktionen unterstützen. Dank dieser Flexibilität können Produktentwickler ein geeignetes SoM auswählen, das ihren spezifischen Anwendungsanforderungen entspricht, ohne die gesamte Hardware-Architektur neu entwerfen zu müssen.

So kann eine einzelne Trägerplatinenarchitektur verschiedene SoM-Konfigurationen aufnehmen, die von kleineren FPGAs mit grundlegenden Funktionen bis hin zu größeren, komplexeren FPGAs mit erweiterten Verarbeitungsfunktionen reichen. Diese Modularität erleichtert die nahtlose Skalierbarkeit und Zukunftssicherheit von Designs und ermöglicht einfache Upgrades auf neuere FPGA-Generationen oder zusätzliche Funktionalitäten, wenn sich die Marktanforderungen weiterentwickeln.

Lieferkette und Produktlebenszyklus im Griff

Das Management der Lieferkette für FPGA-basierte Systeme erfordert die Koordination einer Vielzahl von Komponenten, die von verschiedenen Lieferanten bezogen werden. Ein SoM-zentrierter Ansatz vereinfacht diese Komplexität, indem er die Verantwortlichkeiten für Beschaffung und Lieferkettenmanagement bei SoM-Anbietern wie iWave konsolidiert. Diese Anbieter unterhalten strategische Beziehungen zu den wichtigsten Komponentenlieferanten und setzen proaktive Prognosetechniken ein, um eine gleichbleibende Lieferfähigkeit und wettbewerbsfähige Preise zu gewährleisten. Dieses proaktive Management verkürzt die Vorlaufzeiten, minimiert die Beschaffungsrisiken und optimiert die Bestandsverwaltung, was letztlich zu Kosteneinsparungen und betrieblicher Effizienz für die Unternehmen beiträgt.

Ein effektives Management der Produktlebensdauer (PLM, Product Lifecycle Management) ist entscheidend für die Langlebigkeit und Wettbewerbsfähigkeit von FPGA-basierten Produkten. SoM-Anbieter spielen in dieser Hinsicht eine entscheidende Rolle, indem sie die Veralterung von Komponenten und Markttrends kontinuierlich überwachen. Sie aktualisieren SoM-Designs und -Softwarepakete proaktiv, um neue Funktionen, Verbesserungen und Sicherheitspatches zu integrieren. Dieser proaktive Ansatz mindert die Risiken, die mit der Ankündigung des Endes der Produktlebensdauer (EOL) von Komponenten verbunden sind, gewährleistet eine nahtlose Produktkontinuität und minimiert die Unterbrechung des Kundenbetriebs. Durch die Übertragung von PLM-Aufgaben an SoM-Anbieter können Unternehmen ihre internen Ressourcen auf Innovation und Kernkompetenzen konzentrieren, anstatt sich mit der Verwaltung der Lieferkettendynamik und der Minderung von Risiken im Produktlebenszyklus zu beschäftigen.

Vorteile für die Softwareentwicklung

Die Softwareentwicklung für FPGA-basierte Systeme kann durch SoMs optimiert und beschleunigt werden. Diese Module sind mit vorvalidierten Board-Support-Paketen (BSPs) und Referenzdesigns ausgestattet und bieten eine stabile und standardisierte Softwareentwicklungsumgebung. Entwickler können diese Ressourcen nutzen, um die Entwicklung von Anwendungssoftware zu beschleunigen, ohne die Komplexität der Anpassung von Software an unterschiedliche Hardwarekonfigurationen. Dieser Ansatz verkürzt nicht nur die Entwicklungszyklen, sondern verbessert auch die Zuverlässigkeit und Kompatibilität der Software, so dass sich die Entwickler auf die Optimierung der Anwendungsperformance und -funktionalität konzentrieren können.

iWave bietet ein vielfältiges und umfassendes SoM-Portfolio in Zusammenarbeit mit führenden FPGA-Anbietern wie AMD, Altera und Achronix. Diese Partnerschaft gewährt iWave einen frühzeitigen Zugang zu modernsten FPGA-Technologien, die es dem Unternehmen ermöglichen, eine breite Palette von SoMs und handelsüblichen (COTS) Modulen zu entwickeln, die auf verschiedene Anwendungsanforderungen zugeschnitten sind. Für die Serie Zynq UltraScale+ von AMD bietet iWave beispielsweise mehrere Optionen wie den iW-RainboW-G35M, iW-RainboW-G30M und iW-RainboW-G47M an, die jeweils unterschiedliche Konfigurationen für verschiedene Leistungsanforderungen bieten. In ähnlicher Weise bietet iWave mit Altera- und Achronix-SoMs wie das Agilex-5-SoC-FPGA iW-RainboW-G58M und das Speedster7T-SoM iW-RainboW-G64M an und stellt damit seine Fähigkeit unter Beweis, verschiedene FPGA-Plattformen zu bedienen.

Fazit

Über das SoM-Portfolio hinaus unterstützt iWave seine Kunden mit einer Reihe von FPGA-Design-Services, darunter Trägerboarddesign, FPGA-IP-Entwicklung, Portierung, Anpassung, Linux- und Board-Support-Paket(BSP)-Portierung, Zertifizierungen und mechanisches Design. Seit seiner Gründung im Jahr 1999 hat sich iWave auf die Entwicklung eingebetteter Systeme spezialisiert und beliefert Branchen wie die Industrie, die Medizintechnik, die Automobilindustrie und die Avionik. Ihr umfangreiches Fachwissen im Bereich FPGA- und SoC-FPGA-Technologien ermöglicht es ihnen, robuste Lösungen anzubieten, die den strengen Industriestandards entsprechen und eine nahtlose Produktentwicklung für ihre weltweite Kundschaft ermöglichen.