Início do grupo de trabalho HFM para sistemas sobre módulos de FPGA

A crescente adoção do Sistema sobre Módulos (SoMs) de FPGA está remodelando o design moderno de produtos em todos os setores. Essa tendência crescente destaca uma necessidade significativa da indústria por um padrão unificado que possa agilizar o processo de projeto e fabricação do SoM FPGA. Esse padrão poderia otimizar o desempenho, o custo e a flexibilidade, tornando mais fácil para engenheiros e desenvolvedores darem vida a aplicações complexos.

(Fonte da imagem: iWave)

Vantagens do sistema sobre módulos de FPGA

A abordagem SoM FPGA tem ganho força devido às suas vantagens consideráveis na simplificação dos processos de projeto. Ao usar o SoMs, os desenvolvedores podem aliviar várias tarefas complexas de projeto, o que não apenas reduz o tempo de desenvolvimento, mas também garante um produto de maior qualidade. Veja como os SoMs de FPGA abordam alguns dos principais desafios de projeto:

• Projeto complexo de circuitos de energia: Os SoMs FPGA simplificam o projeto complexo de circuitos de energia, incluindo requisitos complexos de sequenciação da alimentação.
• Maior densidade de potência: Suportam uma maior densidade de potência num espaço de placa limitado, essencial para aplicações avançadas e compactas.
• Manipulação eficiente de E/S: os SoMs FPGA simplificam o tratamento de várias complexidades do banco de E/S, facilitando o processo de lidar com vários padrões de E/S.
• Memória DDR e manipulação de sinais de alta velocidade: Com os SoMs FPGA, os projetos de memória DDR de alta velocidade e a integridade do sinal são geridos com precisão, melhorando a taxa de transferência de dados e a confiabilidade em geral.
• Gerenciamento térmico e design compacto: ao gerenciar a dissipação de calor de forma eficaz, os SoMs FPGA mantêm níveis térmicos ideais, enquanto preservam um fator de forma compacto.

No geral, os SoMs FPGA também aprimoram a escalabilidade dos projetos, suportando uma ampla variedade de aplicações com requisitos variados de densidade lógica, E/S e vias de transceptores.

A necessidade de um padrão: a iniciativa Harmonized FPGA Module™ (HFM)

Em fevereiro de 2024, a Standardization Group for Embedded Technologies e.V. (SGeT) iniciou um marco significativo ao formar um grupo de trabalho para desenvolver o padrão Harmonized FPGA Module™ (HFM). Este esforço, inaugurado numa reunião de fundação com 18 organizações mundiais, procura criar uma estrutura padrão para módulos FPGA e SoC-FPGA. Na reunião, o Sr. Sheik Abdullah, da iWave, foi nomeado presidente dessa Equipe de Desenvolvimento de Padrões (SDT em inglês), liderando os esforços para estabelecer um padrão global no sexto maior projeto da SGet.

Objetivos e escopo do padrão harmonizado do módulo FPGA (HFM)

O objetivo principal da equipe de desenvolvimento de padrões Harmonized FPGA Module™ (HFM) é desenvolver um padrão versátil e unificado para módulos FPGA soldáveis e de placa a placa. Esse padrão atenderá a um amplo espectro de configurações de FPGA, com foco em fornecer opções para FPGAs de baixo a médio alcance, com modularidade para suportar FPGAs SoC de médio a alto nível. A declaração da missão descreve duas abordagens para o design de SoM a fim de aumentar a flexibilidade e a funcionalidade:

• Módulos FPGA soldáveis: Esta opção é ideal para aplicações em que a compactação, a baixa potência e a durabilidade são fundamentais.
• Módulos baseados em conectores: Estes módulos adequam-se a aplicações de maior desempenho, permitindo uma maior escalabilidade e acessibilidade dos componentes.

Ambos os designs compartilham desafios técnicos fundamentais, como o gerenciamento de energia, o controle térmico e a conetividade de alta velocidade, o que torna prático e benéfico o desenvolvimento de um padrão harmonizado. Esse padrão visa resolver esses problemas comuns, estabelecendo uma estrutura central aplicável em ambos os tipos de módulos.

Visão do padrão HFM

Através da iniciativa HFM, a SGeT prevê a promoção de um ecossistema onde a inovação prospera e as fronteiras do sistemas embarcados são redefinidas. Essa padronização visa:

1. Promover a eficiência dos custos e reduzir o tempo de colocação no mercado: Ao simplificar o design e a integração, a padrão HFM poderá permitir que as empresas coloquem os produtos no mercado mais rapidamente e com menos recursos.
2. Aumentar a flexibilidade e a interoperabilidade: A abordagem padronizada oferecerá uma maior compatibilidade entre várias soluções FPGA, incentivando uma maior adoção da tecnologia.
3. Promover o avanço tecnológico: Este esforço procura ultrapassar os limites da tecnologia embarcada, permitindo aplicações cada vez mais complexas e poderosas em todos os setores, desde a automação à computação de alto desempenho.

Junte-se ao esforço de padronização do HFM

A sGet convida todas as empresas do setor de tecnologia embarcada a participarem do desenvolvimento do padrão Harmonized FPGA Module. Esta é uma oportunidade para os participantes do setor contribuírem com seus conhecimentos, moldarem o futuro do design de módulos FPGA e se tornarem parte de uma comunidade colaborativa focada em avanços pioneiros em computação embarcada.

Se estiver interessado em participar dessa iniciativa, entre em contato com info@sget.org para fazer parte desse projeto transformador de padronização.

Impactos mais amplos da padronização do SoM FPGA

1. Aceleração do mercado de sistemas embarcados: Espera-se que o padrão HFM acelere a adoção de soluções baseadas em FPGA em novos mercados. Por exemplo, setores como automação industrial e aplicações IoT orientadas por IA, onde a personalização e a adaptabilidade são fundamentais, podem se beneficiar da integração simplificada que os SoMs padronizados oferecem. Ao reduzir a complexidade do desenvolvimento, mais empresas podem explorar e adotar a tecnologia FPGA sem necessitar de conhecimentos profundos de projetos de FPGA, abrindo novas possibilidades para os sistemas embarcados.
2. Benefícios da cadeia de suprimentos: Com uma abordagem padronizada, fornecedores e fabricantes podem otimizar seu estoque, reduzir a variação de peças e simplificar a logística. Um fator de forma do SoM padronizado permite que os fornecedores de componentes mantenham uma qualidade consistente, ao mesmo tempo que oferecem uma gama de opções de FPGA e SoC que são interoperáveis em diferentes plataformas, reduzindo assim os custos e aumentando a disponibilidade.
3. Compatibilidade cruzada para projetos à prova de futuro: Um padrão harmonizado também pode conduzir a projetos à prova de futuro. Ao estabelecer interfaces comuns, configurações de pinos e práticas de gerenciamento térmico, os engenheiros podem atualizar ou substituir mais facilmente os SoMs FPGA nos produtos existentes. Esta flexibilidade permitirá às empresas prolongar os ciclos de vida dos produtos e adaptar-se rapidamente às inovações de hardware sem necessidade de grandes remodelações.
4. Colaboração e inovação entre empresas: O padrão HFM tem o potencial de promover mais colaboração entre empresas, estabelecendo uma linguagem de design comum em todo o setor de FPGA. Por meio dessa estrutura compartilhada, as empresas podem colaborar em soluções avançadas, como processamento de dados em alta velocidade, aceleradores de aprendizado profundo e módulos de computação de borda. Este ambiente de cooperação pode conduzir a ciclos de inovação mais rápidos e a uma melhor funcionalidade para os usuários finais.

Aprimoramentos técnicos e inovações no padrão HFM

1. Layouts de pinos e configurações de alimentação interoperáveis: Padronizar os layouts de pinos e as configurações de energia será crucial para permitir modularidade e flexibilidade. Isso permitirá que os projetistas adaptem um projeto de placa única a diferentes FPGAs, aprimorando a adaptabilidade modular e fornecendo um caminho mais fácil para atualizar os módulos FPGA à medida que a tecnologia avança.
2. Diretrizes térmicas e de dissipação de calor unificadas: Diferentes SoMs FPGA têm demandas térmicas e de energia variadas, e o padrão HFM visa incluir diretrizes para uma dissipação de calor otimizada. Essas diretrizes padronizarão as práticas para lidar com cargas térmicas, beneficiando aplicações em ambientes industriais, computação de alta velocidade e outras áreas em que a confiabilidade térmica é essencial.
3. Compatibilidade modular de software: Com uma abordagem de hardware padronizada, o suporte de software pode também tornar-se mais consistente. Essa padronização ajudará a permitir a compatibilidade universal de software e firmware em vários SoMs FPGA, reduzindo a necessidade de drivers e patches de software personalizados, o que, por sua vez, simplificará o desenvolvimento para engenheiros e garantirá maior confiabilidade.
4. Padrões de segurança aprimorados: a segurança é uma preocupação crescente em sistemas embarcados. O padrão HFM pode definir parâmetros mínimos de segurança para SoMs FPGA, como suporte à criptografia, recursos de inicialização segura e detecção de adulteração. Estas caraterísticas de segurança adicionais tornariam os SoMs FPGA ainda mais apelativos para aplicações críticas em que a segurança dos dados é uma prioridade, como os dispositivos médicos e os sistemas de defesa.

O papel do HFM na viabilização das aplicações da próxima geração

1. Capacitação de aplicações de borda e de IA: Com o surgimento da IA e da computação de borda, os FPGAs se tornaram fundamentais para sua capacidade de lidar com processamento paralelo e computação de dados em tempo real. O padrão HFM oferecerá suporte a soluções FPGA escaláveis e personalizadas para aplicações de IA, permitindo uma implantação mais rápida de modelos de aprendizado de máquina e processamento de dados em tempo real na borda.
2. Soluções avançadas de IoT e conetividade: Na IoT, onde o baixo consumo de energia e o tratamento eficiente de dados são críticos, os SoMs FPGA padronizados podem simplificar significativamente a integração do processamento de dados de sensores, a comunicação máquina-a-máquina e os sistemas de monitoramento em tempo real. Ao simplificar o desenvolvimento de FPGA, o HFM poderá desempenhar um papel central na expansão das aplicações IoT nos setores da agricultura, das cidades inteligentes e da energia.
3. Transformação da automação industrial: Os SoMs FPGA padronizados podem trazer um novo nível de adaptabilidade aos sistemas de automação industrial, onde a flexibilidade e a robustez são cruciais. Isso inclui aplicações em robótica, manutenção preditiva e fabricação de precisão, nas quais soluções FPGA personalizadas fornecem a velocidade e a eficiência necessárias para processar uma abundância de dados em tempo real.

Futuro do padrão HFM e próximos passos

1. Adoção global e programas de certificação: É provável que a SGeT lance programas de certificação para garantir que os SoMs FPGA cumprem os padrões HFM. A certificação poderá aumentar a credibilidade dos fornecedores de FPGA e dar aos usuários finais confiança na compatibilidade e confiabilidade dos produtos, à semelhança dos programas de certificação de outros padrões tecnológicos, como PCIe e USB.
2. Desenvolvimento de ecossistemas e redes de suporte: Um fator-chave para o sucesso do padrão HFM será o desenvolvimento de um ecossistema robusto, incluindo materiais de treinamento, fóruns de desenvolvedores e bibliotecas de software. Essa infraestrutura de suporte capacitará os engenheiros a aproveitar eficientemente os SoMs FPGA em seus projetos, impulsionando ainda mais a adoção do padrão.
3. Financiamento de pesquisa e desenvolvimento: à medida que a iniciativa HFM ganha força, podemos ver um maior interesse de governos, instituições de pesquisa e investidores privados em financiar projetos que se alinhem aos padrões do HFM. Esse financiamento pode acelerar a pesquisa e o desenvolvimento (P&D), trazendo aplicações inovadoras de FPGA ao mercado com mais rapidez, especialmente em setores que dependem de computação de alto desempenho, escalável e segura.
4. Expansão potencial do escopo padrão: À medida que a tecnologia e os recursos de FPGA evoluem, existe a possibilidade de expandir o padrão HFM para acomodar tecnologias emergentes, como computação quântica e integração fotônica. Ao estabelecer um padrão flexível agora, a sGet estabelece as bases para futuras melhorias que podem incorporar os avanços de hardware da próxima geração para o ecossistema SoM FPGA.

O padrão Harmonized FPGA Module (HFM) não apenas aborda os desafios atuais do setor, mas posiciona a tecnologia FPGA para crescimento sustentado, adaptabilidade e relevância no cenário em rápida evolução da computação embarcada. Por meio de desenvolvimento e colaboração padronizados, essa iniciativa visa capacitar projetistas, incentivar a inovação e acelerar o tempo de lançamento no mercado em um amplo espectro de aplicações.

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