Il gruppo di lavoro HFM per i System-on-Module FPGA

La crescente adozione dei System-on-Module (SoM) FPGA sta ridefinendo la progettazione dei prodotti moderni in tutti i settori industriali. Questa tendenza in crescita evidenzia la necessità di uno standard unificato per il settore, in grado di semplificare la progettazione e la produzione di SoM FPGA. Questo standard potrebbe ottimizzare le prestazioni, i costi e la flessibilità, facilitando la realizzazione di applicazioni complesse da parte di ingegneri e sviluppatori.

(Immagine per gentile concessione di iWave)

Vantaggi di un System-on-Module FPGA

L'approccio SoM per gli FPGA ha guadagnato terreno grazie ai suoi notevoli vantaggi nella semplificazione del processo di progettazione. Utilizzando i SoM, gli sviluppatori possono eliminare diverse attività di progettazione complesse, riducendo non solo i tempi di sviluppo ma garantendo anche un prodotto di qualità superiore. Ecco come i SoM FPGA affrontano alcune delle principali sfide progettuali:

• Progettazione di circuiti di potenza complessi: i SoM FPGA semplificano l'intricata progettazione dei circuiti di potenza, compresi i complessi requisiti di sequenziamento della potenza.
• Maggiore densità di potenza: supportano una maggiore densità di potenza in uno spazio limitato sulla scheda, essenziale per le applicazioni avanzate e compatte.
• Gestione efficiente degli I/O: i SoM FPGA semplificano la gestione delle varie complessità dei banchi IO, facilitando il processo di gestione di più standard IO.
• Memoria DDR e gestione di segnali ad alta velocità: con i SoM FPGA, i progetti di memoria DDR ad alta velocità e l'integrità del segnale sono gestiti con precisione, migliorando il throughput complessivo dei dati e l'affidabilità.
• Gestione termica e design compatto: grazie alla gestione efficace della dissipazione del calore, i SoM FPGA mantengono livelli termici ottimali pur mantenendo un fattore di forma compatto.

Nel complesso, i SoM FPGA migliorano anche la scalabilità dei progetti e supportano un'ampia gamma di applicazioni con requisiti diversi in termini di densità logica, IO e canali di ricetrasmissione.

La necessità di uno standard: l'iniziativa Harmonized FPGA Module™ (HFM)

Nel febbraio 2024, lo Standardization Group for Embedded Technologies e.V. (SGeT) ha segnato una tappa importante formando un gruppo di lavoro per sviluppare lo standard Harmonized FPGA Module™ (HFM). Questo sforzo, inaugurato da una riunione fondativa con 18 organizzazioni mondiali, mira a creare un quadro standard per i moduli FPGA e SoC-FPGA. Durante l'incontro, Sheik Abdullah di iWave è stato nominato presidente dello Standard Development Team (SDT), che guiderà gli sforzi per stabilire uno standard globale nell'ambito del sesto progetto principale dell'SGeT.

Obiettivi e ambito applicativo dello standard Harmonized FPGA Module (HFM)

L'obiettivo principale del team di sviluppo dello standard Harmonized FPGA Module™ (HFM) è quello di sviluppare uno standard versatile e unificato per i moduli FPGA sia saldabili che scheda-scheda. Questo standard si rivolgerà a un ampio spettro di configurazioni di FPGA, concentrandosi sulla fornitura di opzioni per FPGA di fascia medio-bassa, con la modularità necessaria per supportare FPGA SoC di fascia medio-alta. La dichiarazione d'intenti delinea un duplice approccio alla progettazione dei SoM per migliorarne la flessibilità e la funzionalità:

• Moduli FPGA saldabili: questa opzione è ideale per le applicazioni in cui la compattezza, il basso consumo e la durata sono fondamentali.
• Moduli basati su connettori: questi moduli si adattano ad applicazioni con prestazioni più elevate, consentendo una maggiore scalabilità e accessibilità dei componenti.

Entrambi i progetti condividono sfide tecniche fondamentali, come la gestione dell'alimentazione, il controllo termico e la connettività ad alta velocità, rendendo pratico e vantaggioso lo sviluppo di uno standard armonizzato. Tale standard mira a risolvere questi problemi comuni, stabilendo un quadro di base applicabile a entrambi i tipi di moduli.

Visione dello standard HFM

Attraverso l'iniziativa HFM, SGeT intende promuovere un ecosistema in cui l'innovazione possa prosperare e che ridefinisca i confini del calcolo embedded. Questa standardizzazione punta a:

1. Promuovere l'efficienza dei costi e la riduzione del time-to-market: semplificando la progettazione e l'integrazione, lo standard HFM potrebbe consentire alle aziende di immettere i prodotti sul mercato più rapidamente e con meno risorse.
2. Aumentare la flessibilità e l'interoperabilità: l'approccio standardizzato offrirà una maggiore compatibilità tra le varie soluzioni FPGA, incoraggiando una più ampia adozione della tecnologia.
3. Favorire il progresso tecnologico: questo sforzo si prefigge di spingere i limiti della tecnologia embedded, per realizzare applicazioni sempre più complesse e potenti in tutti i settori, dall'automazione al calcolo ad alte prestazioni.

Partecipate allo sforzo di standardizzazione HFM

SGeT invita tutte le aziende del settore della tecnologia embedded a partecipare allo sviluppo dello standard Harmonized FPGA Module. Si tratta di un'opportunità per gli operatori del settore di contribuire con la propria esperienza, plasmare il futuro della progettazione di moduli FPGA e di entrare a far parte di una community collaborativa incentrata sui progressi pionieristici del calcolo embedded.

Se siete interessati a partecipare a questa iniziativa ed entrare a far parte di questo progetto di standardizzazione trasformativo, potete scrivere a info@sget.org.

Impatti più ampi della standardizzazione di SoM FPGA

1. Accelerazione del mercato per il calcolo embedded: lo standard HFM dovrebbe accelerare l'adozione di soluzioni basate sugli FPGA in nuovi mercati. Ad esempio, settori come l'automazione industriale e le applicazioni IoT guidate dall'IA, in cui la personalizzazione e l'adattabilità sono fondamentali, possono trarre vantaggio dall'integrazione semplificata offerta da SoM standardizzati. Riducendo la complessità dello sviluppo, un maggior numero di aziende può esplorare e adottare la tecnologia FPGA senza necessariamente avere una profonda esperienza di progettazione FPGA, aprendo nuove possibilità per il calcolo embedded.
2. Vantaggi per la supply chain: con un approccio standardizzato, venditori, fornitori e produttori possono ottimizzare le scorte, ridurre la variazione dei pezzi e semplificare la logistica. Un fattore di forma SoM standardizzato consente ai fornitori di componenti di assicurare una qualità costante, fornendo al contempo una gamma di opzioni FPGA e SoC interoperabili tra le diverse piattaforme, riducendo in definitiva i costi e aumentando la disponibilità.
3. Compatibilità trasversale per progetti a prova di futuro: uno standard armonizzato può anche portare a progetti a prova di futuro. Stabilendo interfacce, piedinature e pratiche di gestione termica comuni, gli ingegneri possono aggiornare o sostituire più facilmente i SoM FPGA nei prodotti esistenti. Questa flessibilità consentirà alle aziende di estendere il ciclo di vita dei prodotti e di adattarsi rapidamente alle innovazioni hardware senza dover riprogettare tutto.
4. Collaborazione e innovazione tra aziende: lo standard HFM ha il potenziale di promuovere una maggiore collaborazione tra le aziende, stabilendo un linguaggio di progettazione comune a tutto il settore degli FPGA. Grazie a questo quadro condiviso, le aziende possono collaborare a soluzioni avanzate, come l'elaborazione dei dati ad alta velocità, gli acceleratori di apprendimento profondo e i moduli di edge computing. Questo ambiente cooperativo può portare a cicli di innovazione più rapidi e a funzionalità migliori per gli utenti finali.

Miglioramenti tecnici e innovazioni nello standard HFM

1. Disposizione dei pin e configurazioni di alimentazione interoperabili: la standardizzazione delle piedinature e delle configurazioni di alimentazione sarà fondamentale per la modularità e la flessibilità. Ciò consentirà ai progettisti di adattare il progetto di una singola scheda a diversi FPGA, migliorando l'adattabilità modulare e fornendo un percorso più semplice per l'aggiornamento dei moduli FPGA con il progredire della tecnologia.
2. Linee guida unificate per la dissipazione del calore e la termica: i diversi SoM FPGA hanno requisiti termici e di potenza diversi e lo standard HFM mira a includere linee guida per ottimizzare la dissipazione del calore. Queste linee guida standardizzeranno le pratiche di gestione dei carichi termici, a vantaggio delle applicazioni in ambito industriale, dell'elaborazione ad alta velocità e di altre aree in cui l'affidabilità termica è essenziale.
3. Compatibilità software modulare: con un approccio hardware standardizzato, anche il supporto software può diventare più uniforme. Questa standardizzazione consentirà la compatibilità universale di software e firmware tra i vari SoM FPGA, riducendo la necessità di driver e patch software personalizzati, il che a sua volta semplificherà lo sviluppo per gli ingegneri e garantirà una maggiore affidabilità.
4. Standard di sicurezza migliorati: la sicurezza è una preoccupazione crescente nei sistemi embedded. Lo standard HFM può definire i parametri minimi di sicurezza per i SoM FPGA, come il supporto della crittografia, le funzionalità di avvio sicuro e il rilevamento delle manomissioni. Queste caratteristiche di sicurezza aggiunte renderebbero i SoM FPGA ancora più interessanti per le applicazioni critiche in cui la sicurezza dei dati è una priorità, come i dispositivi medici e i sistemi di difesa.

Il ruolo dell'HFM nelle applicazioni di prossima generazione

1. Potenziamento delle applicazioni edge e IA: con l'aumento dell'IA e dell'edge computing, gli FPGA sono diventati fondamentali per la loro capacità di gestire l'elaborazione parallela e il calcolo dei dati in tempo reale. Lo standard HFM supporterà soluzioni FPGA scalabili e personalizzati per le applicazioni IA, consentendo una distribuzione più rapida dei modelli di apprendimento automatico e l'elaborazione dei dati in tempo reale sull'edge.
2. Soluzioni avanzate per l'IoT e la connettività: nell'IoT, dove il basso consumo energetico e la gestione efficiente dei dati sono fondamentali, i SoM FPGA standardizzati possono semplificare significativamente l'integrazione dell'elaborazione dei dati dai sensori, della comunicazione macchina-macchina e dei sistemi di monitoraggio in tempo reale. Semplificando lo sviluppo di FPGA, HFM potrebbe svolgere un ruolo centrale nell'espansione delle applicazioni IoT nei settori dell'agricoltura, delle città intelligenti e dell'energia.
3. Trasformazione dell'automazione industriale: i SoM FPGA standardizzati possono portare un nuovo livello di adattabilità ai sistemi di automazione industriale, dove flessibilità e robustezza sono fondamentali. Ciò include applicazioni di robotica, manutenzione predittiva e produzione di precisione, dove le soluzioni FPGA personalizzate forniscono la velocità e l'efficienza necessarie per elaborare grandi quantità di dati in tempo reale.

Il futuro dello standard HFM e le prossime tappe

1. Adozione globale e programmi di certificazione: SGeT probabilmente avvierà programmi di certificazione per garantire che i SoM FPGA siano conformi agli standard HFM. La certificazione potrebbe aumentare la credibilità dei fornitori di FPGA e fornire agli utenti finali la fiducia nella compatibilità e nell'affidabilità del prodotto, analogamente ai programmi di certificazione di altri standard tecnologici come PCIe e USB.
2. Sviluppo dell'ecosistema e reti di supporto: un fattore chiave per il successo dello standard HFM sarà lo sviluppo di un solido ecosistema, che comprenda materiali di formazione, forum di sviluppatori e librerie software. Questa infrastruttura di supporto consentirà agli ingegneri di sfruttare in modo efficiente i SoM FPGA nei loro progetti, favorendo ulteriormente l'adozione dello standard.
3. Finanziamenti per la ricerca e lo sviluppo: con l'affermarsi dell'iniziativa HFM, potremmo assistere a un maggiore interesse da parte di governi, istituti di ricerca e investitori privati nel finanziare progetti in linea con gli standard HFM. Tali finanziamenti possono accelerare la ricerca e lo sviluppo (R&D), portando più rapidamente sul mercato applicazioni FPGA innovative, soprattutto in settori che si affidano all'elaborazione ad alte prestazioni, scalabile e sicura.
4. Potenziale espansione dell'ambito applicativo dello standard: con l'evoluzione della tecnologia e delle capacità degli FPGA, è possibile espandere lo standard HFM per adattarlo alle tecnologie emergenti, come l'informatica quantistica e l'integrazione fotonica. Stabilendo ora uno standard flessibile, SGeT getta le basi per futuri miglioramenti in grado di incorporare i progressi hardware di prossima generazione nell'ecosistema SoM FPGA.

Lo standard Harmonized FPGA Module (HFM) non solo affronta le attuali sfide del settore, ma posiziona la tecnologia FPGA per una crescita sostenuta, l'adattabilità e la rilevanza nel panorama in rapida evoluzione del calcolo embedded. Attraverso lo sviluppo standardizzato e la collaborazione, questa iniziativa mira a potenziare i progettisti, incoraggiare l'innovazione e accelerare il time-to-market in un ampio spettro di applicazioni.

Perché scegliere iWave

L'ampio portafoglio di piattaforme FPGA e SoC FPGA di iWave, unito alla sua profonda esperienza tecnica, consente ai clienti di sviluppare prodotti all'avanguardia che sfruttano i più recenti progressi nell'IA, nell'apprendimento automatico e nell'edge computing.Collaborando con iWave, le aziende possono accelerare lo sviluppo dei loro prodotti, ridurre i rischi e rimanere all'avanguardia in un panorama tecnologico sempre più complesso.

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