Por que usar um SoM FPGA para projetos de sistemas FPGA?

A demanda por FPGAs está aumentando com a expansão de aplicações como datacenters, computadores de alto desempenho, imagens médicas, trilhas de layout precisas, materiais de PCI especializados, restrições de fator de forma e gerenciamento térmico. Anteriormente, os projetistas de hardware optavam por uma arquitetura "chip-down", selecionando dispositivos de silício específicos e desenvolvendo uma placa de circuito totalmente personalizada para a aplicação. Embora essa abordagem resulte em uma implementação altamente otimizada, ela exige tempo e custo de desenvolvimento significativos para atingir a prontidão de produção. Para economizar tempo e dinheiro, as equipes de projeto agora estão considerando soluções mais integradas, como módulos de vários chips (MCM), Sistema no Pacote (SiP), computadores de placa única (SBC) ou Sistema em Módulos (SoM).

O mercado de SoM FPGA está se expandindo rapidamente, permitindo que uma gama mais ampla de usuários adote plataformas baseadas em FPGA. Esses SoMs são amplamente usados em várias aplicações devido à sua arquitetura adaptável e ao design fácil de usar.

Visão geral do sistema FPGA no módulo

Um SoM FPGA é um módulo de computação compacto projetado para ser integrado a sistemas maiores, diferentemente dos computadores de placa única autônomos. Ele inclui componentes essenciais, como memória DDR de alta velocidade, armazenamento flash, gerenciamento de energia, controladores de interface comuns e software de pacote de suporte à placa (BSP), além de suporte para blocos transceptores de alta velocidade e vários protocolos de comunicação, como Ethernet, USB e PCIe.

A abordagem SoM oferece vantagens significativas ao oferecer um módulo pré-construído e pré-testado com peças de computação e software essenciais, acelerando o tempo de desenvolvimento, reduzindo os custos e simplificando o fornecimento de componentes. Isso permite que as equipes de P&D se concentrem nas necessidades específicas de suas empresas, levando a ciclos de projeto mais previsíveis e a melhores resultados comerciais. Além disso, os SoMs oferecem escalabilidade e flexibilidade, facilitando a modernização ou a modificação de componentes sem a necessidade de reformular todo o sistema. Ao aproveitar os SoMs, as empresas podem colocar os produtos no mercado com mais rapidez, reduzir o risco de erros de projeto e melhorar a eficiência geral, tornando-os uma solução atraente para várias aplicações avançadas.

Tempo de colocação no mercado

Uma abordagem baseada em SoM reduz significativamente o tempo de desenvolvimento, permitindo uma colocação mais rápida no mercado. Como os SoMs são pré-testados e qualificados por fabricantes como a iWave, os projetistas podem integrar esses módulos em seus produtos mais rapidamente e com menos erros. Essa pré-validação garante que os módulos atendam aos altos padrões de confiabilidade e desempenho, eliminando a necessidade de extensos testes internos e solução de problemas. Ao aproveitar os SoMs, as empresas podem otimizar seus ciclos de desenvolvimento, reduzindo o tempo e os recursos gastos nos processos de projeto e validação (Figura 1). Isso permite que eles se concentrem em suas propostas de valor exclusivas e competências essenciais, em vez de ficarem atolados nas complexidades da integração de sistemas. A natureza modular dos SoMs também proporciona flexibilidade no processo de projeto, permitindo alterações e ajustes mesmo nos estágios posteriores do desenvolvimento sem retrabalho significativo.

Figura 1: O uso de SoMs pode reduzir significativamente o tempo de projeto, resultando em um tempo de colocação no mercado mais rápido. (Fonte da imagem: iWave)

Custo e complexidade do desenvolvimento

A utilização de um SoM qualificado e pronto para produção reduz significativamente a complexidade do projeto do sistema FPGA. Ao integrar SoMs pré-testados no desenvolvimento de produtos, as empresas reduzem os riscos associados a erros de projeto de hardware e problemas de compatibilidade. Essa abordagem não apenas acelera o tempo de colocação no mercado, mas também reduz os custos gerais de desenvolvimento e qualificação. Os SoMs são submetidos a regimes de testes rigorosos, incluindo testes restritivos de compatibilidade eletromagnética (EMC) e vários testes de estresse ambiental, como ciclos térmicos e envelhecimento. Esses testes garantem que os módulos possam suportar condições operacionais adversas e, ao mesmo tempo, manter um desempenho confiável, minimizando, assim, a necessidade de extensos esforços internos de teste e validação.

Modularidade e escalabilidade do produto

Uma das principais vantagens de adotar uma abordagem baseada em SoM para soluções FPGA Sistema sobre Chip (SoC) é a modularidade e a escalabilidade aprimoradas. Os SoMs são projetados para suportar uma ampla gama de densidades lógicas de FPGA, configurações de E/S e recursos de transceptor. Essa flexibilidade permite que os projetistas de produtos selecionem um SoM adequado que se alinhe aos requisitos específicos das suas aplicações sem a necessidade de reprojetar toda a arquitetura de hardware. Por exemplo, uma única arquitetura de placa portadora pode acomodar diferentes configurações de SoM, desde FPGAs menores com funcionalidades básicas até FPGAs maiores e mais complexos com recursos avançados de processamento. Essa modularidade facilita a escalabilidade contínua e a preparação para projetos futuros, permitindo modernizações fáceis para gerações mais recentes de FPGA ou funcionalidades adicionais à medida que as demandas do mercado evoluem.

Figura 2: Um SoC FPGA oferece modularidade e escalabilidade aprimoradas. (Fonte da imagem: iWave)

Cadeia de suprimentos e gerenciamento do ciclo de vida do produto

O gerenciamento da cadeia de suprimentos para sistemas baseados em FPGA envolve a coordenação de uma abundância de componentes provenientes de vários fornecedores. Uma abordagem centrada em SoM simplifica essa complexidade ao consolidar as responsabilidades de aquisição e gerenciamento da cadeia de suprimentos com os fornecedores de SoM, como a iWave. Esses fornecedores mantêm relacionamentos estratégicos com os principais fornecedores de componentes e empregam técnicas proativas de previsão para garantir a disponibilidade consistente de suprimentos e preços competitivos. Esse gerenciamento proativo reduz os tempos de espera, minimiza os riscos de aquisição e otimiza o gerenciamento de estoque, contribuindo, em última análise, para a economia de custos e a eficiência operacional das empresas.

Figura 3: Uma abordagem centrada em SoM simplifica a complexidade ao consolidar as responsabilidades de aquisição e gerenciamento da cadeia de suprimentos. (Fonte da imagem: iWave)

O gerenciamento eficaz do ciclo de vida do produto (PLM) é fundamental para manter a longevidade e a competitividade dos produtos baseados em FPGA. Os fornecedores de SoM desempenham um papel fundamental nesse aspecto, monitorando continuamente a obsolescência dos componentes e as tendências do mercado. Eles atualizam proativamente os projetos de SoM e os pacotes de software para incorporar novos recursos, aprimoramentos e patches de segurança. Essa abordagem proativa reduz os riscos associados aos anúncios de fim de vida útil (EOL) dos componentes, garantindo a continuidade perfeita do produto e minimizando a interrupção das operações do cliente. Ao confiar as responsabilidades de PLM aos fornecedores de SoM, as empresas podem concentrar seus recursos internos em inovação e competências essenciais, em vez de gerenciar a dinâmica da cadeia de suprimentos e mitigar os riscos do ciclo de vida do produto.

Benefícios para os desenvolvedores de software

O desenvolvimento de software para sistemas baseados em FPGA pode ser simplificado e acelerado com o uso de SoMs. Esses módulos vêm equipados com BSPs (Pacotes de Suporte à Placa) pré-validados e projetos de referência, proporcionando um ambiente de desenvolvimento de software estável e padronizado. Os desenvolvedores podem aproveitar esses recursos para agilizar o desenvolvimento de software de aplicativos sem as complexidades de adaptar o software a diferentes configurações de hardware. Essa abordagem não apenas reduz os ciclos de desenvolvimento, mas também aumenta a confiabilidade e a compatibilidade do software, permitindo que os desenvolvedores se concentrem na otimização do desempenho e da funcionalidade dos aplicativos.

A iWave oferece um portfólio SoM diversificado e abrangente em colaboração com os principais fornecedores de FPGA, como AMD, Altera e Achronix. Essa parceria concede à iWave acesso antecipado a tecnologias FPGA de ponta, permitindo que ela desenvolva uma ampla gama de SoMs e módulos comerciais prontos para uso (COTS) adaptados a várias necessidades de aplicações. Por exemplo, com a série Zynq UltraScale+ da AMD, a iWave oferece várias opções, como o iW-RainboW-G35M, o iW-RainboW-G30M e o iW-RainboW-G47M, cada um oferecendo diferentes configurações adequadas a diferentes requisitos de desempenho. Da mesma forma, com a Altera e a Achronix, a iWave oferece SoMs como o FPGA SoC Agilex 5 iW-RainboW-G58M e o SoM Speedster7T iW-RainboW-G64M, demonstrando sua capacidade de atender a diversas plataformas FPGA.

Conclusão

Além de seu portfólio SoM, a iWave oferece suporte aos clientes com uma variedade de serviços de projeto de FPGA, incluindo projeto de placa portadora, desenvolvimento de IP de FPGA, portabilidade, personalização, portabilidade de Linux e BSP (Pacote de Suporte à Placa), certificações e projeto mecânico. Desde sua criação em 1999, a iWave se especializou em engenharia de sistemas embarcados, atendendo a setores como o industrial, médico, automotivo e aviônico. Sua ampla experiência em tecnologias FPGA e SoC FPGA permite que eles forneçam soluções robustas que atendam aos rigorosos padrões do setor e possibilitem o desenvolvimento contínuo de produtos para sua clientela global.