เหตุใดจึงต้องใช้ FPGA SoM สำหรับการออกแบบระบบ FPGA

ความต้องการ FPGA เพิ่มขึ้นพร้อมการขยายตัวของการใช้งานต่าง ๆ เช่น ศูนย์ข้อมูล, คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง, การถ่ายภาพทางการแพทย์, ภาพแบบเค้าโครงที่แม่นยำ, วัสดุ PCB เฉพาะ, ข้อจำกัดด้านฟอร์มแฟกเตอร์ และการจัดการความร้อน ก่อนหน้านี้ นักออกแบบฮาร์ดแวร์เลือกใช้สถาปัตยกรรม "ชิปดาวน์" โดยเลือกอุปกรณ์ซิลิกอนพิเศษและพัฒนาแผงวงจรที่กำหนดเองสำหรับการใช้งานเฉพาะ แม้ว่าแนวทางนี้จะส่งผลให้การใช้งานมีประสิทธิภาพสูงสุด แต่ก็ต้องใช้เวลาและต้นทุนในการพัฒนาจำนวนมากเพื่อให้พร้อมสำหรับการผลิต เพื่อประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย ทีมงานออกแบบกำลังพิจารณาการใช้โซลูชันที่มีการบูรณาการมากขึ้น เช่น โมดูลหลายชิป (MCM), System-in-Packages (SiP), คอมพิวเตอร์บอร์ดเดียว (SBC) หรือ System-on-Modules (SoM)

ตลาด FPGA SoM กำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว ช่วยให้ผู้ใช้สามารถใช้แพลตฟอร์มที่ใช้ FPGA ได้มากขึ้น โดย SoM เหล่านี้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานต่างๆ เนื่องจากมีสถาปัตยกรรมที่ปรับเปลี่ยนได้และการออกแบบที่เป็นมิตรต่อผู้ใช้

ภาพรวม FPGA ระบบบนโมดูล

FPGA SoM คือโมดูลคำนวณขนาดกะทัดรัดที่ออกแบบมาเพื่อรวมเข้ากับระบบขนาดใหญ่ ซึ่งแตกต่างจากคอมพิวเตอร์บอร์ดเดียวแบบสแตนด์อโลน ประกอบด้วยส่วนประกอบที่จำเป็นต่างๆ เช่น หน่วยความจำ DDR ความเร็วสูง ที่เก็บข้อมูลแฟลช การจัดการพลังงาน ตัวควบคุมอินเทอร์เฟซทั่วไป และซอฟต์แวร์แพ็คเกจสนับสนุนบอร์ด (BSP) พร้อมทั้งรองรับบล็อกทรานซีฟเวอร์ความเร็วสูงและโปรโตคอลการสื่อสารต่างๆ เช่น อีเทอร์เน็ต USB และ PCIe

SoM มีข้อได้เปรียบที่สำคัญด้วยโมดูลที่สร้างไว้ล่วงหน้าและทดสอบไว้แล้วพร้อมส่วนประกอบการประมวลผลหลักและซอฟต์แวร์ ช่วยเร่งเวลาในการพัฒนา ลดต้นทุน และทำให้การจัดหาส่วนประกอบง่ายขึ้น ซึ่งช่วยให้ทีมงาน R&D สามารถมุ่งเน้นไปที่ความต้องการเฉพาะของบริษัทได้ ส่งผลให้วงจรการออกแบบคาดเดาได้มากขึ้นและมีผลลัพธ์ทางธุรกิจที่ดีขึ้น นอกจากนี้ SoM ยังให้ความสามารถในการปรับขนาดและความยืดหยุ่น ทำให้ง่ายต่อการอัปเกรดหรือปรับเปลี่ยนส่วนประกอบโดยไม่ต้องยกเครื่องระบบใหม่ทั้งหมด การใช้ประโยชน์จาก SoM ทำให้บริษัทต่างๆ สามารถนำผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดได้เร็วขึ้น ลดความเสี่ยงจากข้อผิดพลาดในการออกแบบ และปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม ทำให้กลายเป็นโซลูชันที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานขั้นสูงต่างๆ

ระยะเวลาในการออกสู่ตลาด

แนวทางที่ใช้ SoM ช่วยลดเวลาในการพัฒนาได้อย่างมาก จึงนำสินค้าออกสู่ตลาดได้เร็วขึ้น เนื่องจาก SoM ได้รับการทดสอบและรับรองล่วงหน้าโดยผู้ผลิต เช่น iWave ซึ่งนักออกแบบสามารถรวมโมดูลเหล่านี้เข้ากับผลิตภัณฑ์ของตนได้รวดเร็วยิ่งขึ้นและมีข้อผิดพลาดน้อยลง การตรวจสอบล่วงหน้านี้จะช่วยให้แน่ใจว่าโมดูลต่างๆ เป็นไปตามมาตรฐานความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพการทำงานที่สูง โดยไม่ต้องทำการทดสอบภายในองค์กรและการแก้ไขปัญหาอย่างละเอียด บริษัทต่างๆ สามารถปรับวงจรการพัฒนาให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นได้ โดยการใช้ SoM ลดเวลาและทรัพยากรที่ใช้ในกระบวนการออกแบบและการตรวจสอบ (รูปที่ 1) สิ่งนี้ช่วยให้พวกเขาสามารถมุ่งเน้นไปที่ข้อเสนอพิเศษเฉพาะและความสามารถหลักได้ แทนที่จะมัวติดอยู่กับความซับซ้อนของการบูรณาการระบบ โดยลักษณะแบบโมดูลาร์ของ SoM ยังทำให้เกิดความยืดหยุ่นในกระบวนการออกแบบ ช่วยให้สามารถเปลี่ยนแปลงและปรับเปลี่ยนได้แม้ในขั้นตอนการพัฒนาในภายหลังโดยไม่ต้องทำงานซ้ำมากนัก

รูปที่ 1: การใช้ SoM สามารถลดเวลาในการออกแบบได้อย่างมาก ส่งผลให้นำสินค้าออกสู่ตลาดได้เร็วขึ้น (แหล่งที่มาภาพ: iWave)

ต้นทุนการพัฒนาและความซับซ้อน

การใช้ SoM ที่พร้อมใช้งานและมีคุณสมบัติเหมาะสมช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบระบบ FPGA ได้อย่างมาก ด้วยการบูรณาการ SoM ที่ผ่านการทดสอบล่วงหน้าเข้ากับการพัฒนาผลิตภัณฑ์ บริษัทต่างๆ จะสามารถลดความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับข้อผิดพลาดในการออกแบบฮาร์ดแวร์และปัญหาความเข้ากันได้ แนวทางนี้ไม่เพียงแต่ช่วยเร่งระยะเวลาในการออกสู่ตลาด แต่ยังช่วยลดต้นทุนการพัฒนาและคุณสมบัติโดยรวมอีกด้วย SoM จะต้องผ่านการทดสอบที่เข้มงวด รวมถึงการทดสอบความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) และการทดสอบความเครียดต่อสิ่งแวดล้อมต่างๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและการเสื่อมสภาพ ซึ่งการทดสอบเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจว่าโมดูลสามารถทนต่อสภาวะการทำงานที่รุนแรงได้ในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ จึงลดความจำเป็นในการทำการทดสอบและการตรวจสอบภายในองค์กรอย่างละเอียดถี่ถ้วน

โมดูลาร์และความสามารถในการปรับขนาดของผลิตภัณฑ์

ข้อได้เปรียบหลักประการหนึ่งในการใช้แนวทางแบบ SoM สำหรับโซลูชัน FPGA System-on-Chip (SoC) ก็คือการเป็นส่วนประกอบแบบโมดุลาร์และความสามารถในการปรับขนาดที่เพิ่มขึ้น โดย SoM ได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับความหนาแน่นของตรรกะ FPGA, รูปแบบ I/O และความสามารถของตัวรับส่งสัญญาณที่หลากหลาย ความยืดหยุ่นนี้ช่วยให้นักออกแบบผลิตภัณฑ์สามารถเลือก SoM ที่เหมาะสมซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะของตนได้ โดยไม่จำเป็นต้องออกแบบสถาปัตยกรรมฮาร์ดแวร์ใหม่ทั้งหมด ตัวอย่างเช่น สถาปัตยกรรมบอร์ดแครีเออร์ตัวเดียวสามารถรองรับรูปแบบ SoM ที่แตกต่างกันได้ ตั้งแต่ FPGA ขนาดเล็กที่มีฟังก์ชันพื้นฐานไปจนถึง FPGA ขนาดใหญ่และซับซ้อนกว่าพร้อมความสามารถในการประมวลผลขั้นสูง ซึ่งการออกแบบแบบโมดูลาร์นี้ช่วยให้ปรับขนาดได้อย่างราบรื่นและรองรับการออกแบบในอนาคตได้ ช่วยให้สามารถอัปเกรดเป็น FPGA รุ่นใหม่หรือฟังก์ชันเพิ่มเติมได้อย่างง่ายดายตามความต้องการของตลาดที่เปลี่ยนแปลงไป

รูปที่ 2: FPGA SoC ช่วยเพิ่มความสามารถในการสร้างโมดูลและความสามารถในการปรับขนาดได้ดียิ่งขึ้น (แหล่งที่มาภาพ: iWave)

การจัดการห่วงโซ่อุปทานและวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์

การจัดการห่วงโซ่อุปทานสำหรับระบบที่ใช้ FPGA เกี่ยวข้องกับการประสานงานส่วนประกอบต่างๆ มากมายที่มาจากซัพพลายเออร์หลายราย แนวทางที่เน้นที่ SoM ช่วยลดความซับซ้อนนี้ลงด้วยการรวมความรับผิดชอบในการจัดซื้อและการจัดการห่วงโซ่อุปทานให้กับผู้จำหน่าย SoM เช่น iWave โดยผู้จำหน่ายเหล่านี้รักษาความสัมพันธ์เชิงกลยุทธ์กับซัพพลายเออร์ส่วนประกอบหลักและใช้เทคนิคการคาดการณ์เชิงรุกเพื่อให้มั่นใจถึงความพร้อมในการจัดหาสินค้าและราคาที่แข่งขันได้ ซึ่งการบริหารจัดการเชิงรุกนี้ช่วยลดระยะเวลาดำเนินการ ลดความเสี่ยงในการจัดซื้อ และเพิ่มประสิทธิภาพการจัดการสินค้าคงคลัง ส่งผลให้บริษัทประหยัดต้นทุนและดำเนินงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในที่สุด

รูปที่ 3: แนวทางที่เน้นที่ SoM ช่วยลดความซับซ้อนโดยการรวมความรับผิดชอบในการจัดซื้อและการจัดการห่วงโซ่อุปทานเข้าด้วยกัน (แหล่งที่มาภาพ: iWave)

การจัดการวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ (PLM) ที่มีประสิทธิภาพถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรักษาอายุการใช้งานและความสามารถในการแข่งขันของผลิตภัณฑ์ที่ใช้ FPGA ผู้จำหน่าย SoM มีบทบาทสำคัญในด้านนี้โดยการตรวจสอบความล้าสมัยของส่วนประกอบและแนวโน้มของตลาดอย่างต่อเนื่อง โดยอัปเดตดีไซน์ SoM และแพ็คเกจซอฟต์แวร์อย่างจริงจังเพื่อรวมคุณลักษณะใหม่ การปรับปรุง และแพตช์ความปลอดภัย แนวทางเชิงรุกนี้จะช่วยบรรเทาความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับการประกาศ EOL (สิ้นสุดอายุการใช้งาน) ของส่วนประกอบ ช่วยให้มั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์จะมีความต่อเนื่องอย่างราบรื่น และลดการหยุดชะงักในการดำเนินการของลูกค้าให้เหลือน้อยที่สุด โดยการมอบความรับผิดชอบ PLM ให้กับผู้จำหน่าย SoM บริษัทต่างๆ จะสามารถมุ่งเน้นทรัพยากรภายในไปที่นวัตกรรมและความสามารถหลัก แทนที่จะจัดการกับห่วงโซ่อุปทานและบรรเทาความเสี่ยงในวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์

ประโยชน์สำหรับนักพัฒนาซอฟต์แวร์

การพัฒนาซอฟต์แวร์สำหรับระบบที่ใช้ FPGA สามารถปรับกระบวนการและเร่งความเร็วได้โดยใช้ SoM โดยโมดูลเหล่านี้มาพร้อมกับแพ็คเกจสนับสนุนบอร์ด (BSP) ที่ได้รับการตรวจสอบล่วงหน้าและการออกแบบอ้างอิง ซึ่งมอบสภาพแวดล้อมการพัฒนาซอฟต์แวร์ที่เสถียรและเป็นมาตรฐาน นักพัฒนาสามารถใช้ประโยชน์จากทรัพยากรเหล่านี้เพื่อเร่งการพัฒนาซอฟต์แวร์แอปพลิเคชันโดยไม่ต้องมีความซับซ้อนในการปรับแต่งซอฟต์แวร์ให้เหมาะกับการกำหนดค่าฮาร์ดแวร์ที่แตกต่างกัน แนวทางนี้ไม่เพียงช่วยลดรอบการพัฒนาเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและความเข้ากันได้ของซอฟต์แวร์ ช่วยให้นักพัฒนาสามารถเน้นที่การเพิ่มประสิทธิภาพและการทำงานของแอปพลิเคชันได้

iWave นำเสนอบริการ SoM portfolio ที่หลากหลายและครอบคลุมร่วมมือกับผู้จำหน่าย FPGA ชั้นนำ เช่น AMD, Altera และ Achronix ความร่วมมือนี้ช่วยให้ iWave สามารถเข้าถึงเทคโนโลยี FPGA ล้ำสมัยได้ก่อนใคร ช่วยให้พวกเขาสามารถพัฒนา SoM และโมดูล COTS (Commercial off-the-shelf) ที่หลากหลายซึ่งออกแบบมาเพื่อให้เหมาะกับความต้องการต่างๆ ตัวอย่างเช่น ภายใต้ซีรีย์ Zynq UltraScale+ ของ AMD นั้น iWave นำเสนอตัวเลือกต่างๆ มากมาย เช่น iW-RainboW-G35M, iW-RainboW-G30M และ iW-RainboW-G47M โดยแต่ละตัวมีการกำหนดค่าที่แตกต่างกันเพื่อให้เหมาะกับความต้องการด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน ในทำนองเดียวกัน ด้วย Altera และ Achronix, iWave นำเสนอ SoM เช่น FPGA iW-RainboW-G58M Agilex 5 SoC และ iW-RainboW-G64M Speedster7T SoM ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการรองรับแพลตฟอร์ม FPGA ที่หลากหลาย

สรุป

นอกเหนือจาก SoM Portfolio แล้ว iWave ยังให้การสนับสนุนลูกค้าด้วยบริการออกแบบ FPGA มากมาย รวมถึงการออกแบบบอร์ดแครีเออร์, การพัฒนา FPGA IP, การทำพอร์ต, การปรับแต่ง, การทำพอร์ต Linux และ Board Support Package (BSP), การรับรอง และการออกแบบเชิงกล ตั้งแต่การก่อตั้งในปี 1999 iWave เชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมระบบฝังตัว ให้บริการแก่ภาคอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรม การแพทย์ ยานยนต์ และอุปกรณ์การบิน ความเชี่ยวชาญอันกว้างขวางในเทคโนโลยี FPGA และ SoC FPGA ทำให้สามารถนำเสนอโซลูชันที่แข็งแกร่งซึ่งตรงตามมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เข้มงวดและช่วยให้พัฒนาผลิตภัณฑ์ได้อย่างราบรื่นสำหรับลูกค้าทั่วโลก