Pourquoi utiliser un SoM FPGA dans les conceptions de systèmes FPGA

La demande de FPGA augmente avec l'extension d'applications telles que les data centers, les ordinateurs hautes performances, l'imagerie médicale, les pistes de configuration de précision, les matériaux de circuits imprimés spécialisés, les contraintes de facteur de forme et la gestion thermique. Auparavant, les concepteurs de matériel optaient pour une architecture « chip-down », qui consistait à sélectionner des dispositifs silicium spécifiques et à développer un circuit imprimé entièrement personnalisé pour l'application. Bien que cette approche permette une implémentation hautement optimisée, elle requiert un temps de développement et des coûts considérables pour atteindre le stade de la production. Afin de gagner du temps et de réduire les coûts, les équipes de conception se tournent désormais vers des solutions plus intégrées telles que les modules multipuces (MCM), les systèmes en boîtiers (SiP), les ordinateurs monocartes (SBC) ou les systèmes sur modules (SoM).

Le marché des SoM FPGA est en pleine expansion et permet à un plus grand nombre d'utilisateurs d'adopter des plateformes basées sur des FPGA. Ces SoM sont largement utilisés dans diverses applications en raison de leur architecture adaptable et de leur conception conviviale.

Présentation du système sur module FPGA

Un SoM FPGA est un module de calcul compact, conçu pour être intégré dans des systèmes plus grands, contrairement aux ordinateurs monocartes autonomes. Il inclut des composants essentiels notamment la mémoire DDR haute vitesse, le stockage Flash, la gestion de l'alimentation, les contrôleurs d'interface communs et les logiciels BSP (Board Support Package). Il prend également en charge des blocs émetteurs-récepteurs haute vitesse et plusieurs protocoles de communication comme Ethernet, USB et PCIe.

L'approche SoM offre des avantages significatifs en proposant un module pré-construit et pré-testé avec les principaux composants de calcul et logiciels, permettant d'accélérer les délais de développement, de réduire les coûts et de simplifier l'approvisionnement en composants. Cela permet aux équipes de R&D de se concentrer sur les besoins spécifiques de leur entreprise, ce qui se traduit par des cycles de conception plus prévisibles et de meilleurs résultats commerciaux. De plus, les SoM offrent une évolutivité et une flexibilité qui facilitent la mise à niveau ou la modification des composants sans avoir à remanier l'ensemble du système. En tirant parti des SoM, les entreprises peuvent commercialiser leurs produits plus rapidement, réduire le risque d'erreurs de conception et améliorer le rendement global, ce qui en fait une solution intéressante pour diverses applications avancées.

Délais de mise sur le marché

Une approche basée sur SoM réduit considérablement le temps de développement, permettant une mise sur le marché plus rapide. Étant donné que les SoM sont pré-testés et qualifiés par des fabricants tels qu'iWave, les concepteurs peuvent intégrer ces modules dans leurs produits plus rapidement et avec moins d'erreurs. Cette pré-validation garantit que les modules répondent à des normes de fiabilité et de performances élevées, ce qui élimine le besoin de tests internes approfondis et de dépannage. En tirant parti des SoM, les entreprises peuvent rationaliser leurs cycles de développement, et ainsi réduire le temps et les ressources consacrés aux processus de conception et de validation (Figure 1). Elles peuvent ainsi se concentrer sur leurs propositions de valeur uniques et leurs compétences clés, plutôt que de s'enliser dans les complexités d'intégration des systèmes. La nature modulaire des SoM offre également une flexibilité dans le processus de conception, permettant des modifications et des ajustements même dans les dernières étapes du développement sans retravail important.

Figure 1 : L'utilisation de SoM peut réduire considérablement le temps de conception, ce qui se traduit par une mise sur le marché plus rapide. (Source de l'image : iWave)

Coût et complexité du développement

L'utilisation d'un SoM qualifié et prêt pour la production réduit considérablement la complexité de conception d'un système FPGA. En intégrant des SoM pré-testés dans le développement de produits, les entreprises atténuent les risques associés aux erreurs de conception matérielle et aux problèmes de compatibilité. Cette approche permet non seulement d'accélérer la mise sur le marché, mais également de réduire les coûts globaux de développement et de qualification. Les SoM sont soumis à des régimes de tests rigoureux, notamment des tests stricts de compatibilité électromagnétique (CEM) et divers tests d'impact environnemental tels que le cyclage thermique et le vieillissement. Ces tests garantissent que les modules peuvent résister à des conditions de fonctionnement difficiles tout en maintenant des performances fiables, ce qui minimise le besoin de tests et de validations internes étendus.

Modularité et évolutivité des produits

L'un des principaux avantages de l'adoption d'une approche basée sur SoM pour les solutions de système sur puce (SoC) FPGA est l'amélioration de la modularité et de l'évolutivité. Les SoM sont conçus pour prendre en charge un large éventail de densités logiques FPGA, de configurations E/S et de capacités d'émetteur-récepteur. Cette flexibilité permet aux concepteurs de produits de sélectionner un SoM approprié qui correspond à leurs exigences d'application spécifiques sans avoir à repenser l'architecture matérielle complète. Par exemple, une seule architecture de carte porteuse peut prendre en charge différentes configurations SoM, s'étendant de petits FPGA avec des fonctionnalités de base à des FPGA plus grands et plus complexes avec des capacités de traitement avancées. Cette modularité facilite l'évolutivité transparente et la pérennité des conceptions, permettant des mises à niveau aisées vers des générations de FPGA plus récentes ou des fonctionnalités supplémentaires à mesure que les demandes du marché évoluent.

Figure 2 : Un SoC FPGA offre une modularité et une évolutivité améliorées. (Source de l'image : iWave)

Gestion de la chaîne d'approvisionnement et du cycle de vie des produits

La gestion de la chaîne d'approvisionnement pour les systèmes basés sur FPGA implique la coordination d'une multitude de composants provenant de différents fournisseurs. Une approche centrée sur le SoM simplifie cette complexité en consolidant les responsabilités d'approvisionnement et de gestion de la chaîne d'approvisionnement avec des fournisseurs de SoM comme iWave. Ces fournisseurs entretiennent des relations stratégiques avec les principaux fournisseurs de composants et utilisent des techniques de prévision proactives pour garantir une disponibilité d'approvisionnement constante et des prix compétitifs. Cette gestion proactive réduit les délais d'approvisionnement, minimise les risques d'approvisionnement et optimise la gestion des stocks, contribuant ainsi en fin de compte à la réduction des coûts et au rendement opérationnel des entreprises.

Figure 3 : Une approche centrée sur SoM réduit la complexité en consolidant les responsabilités en matière d'approvisionnement et de gestion de la chaîne d'approvisionnement. (Source de l'image : iWave)

Une gestion du cycle de vie des produits (PLM) efficace est indispensable pour garantir la longévité et la compétitivité des produits basés sur FPGA. Les fournisseurs de SoM jouent un rôle essentiel à cet égard en surveillant en permanence l'obsolescence des composants et les tendances du marché. Ils mettent à jour de manière proactive les conceptions SoM et les progiciels pour intégrer de nouvelles fonctionnalités, des améliorations et des correctifs de sécurité. Cette approche proactive atténue les risques associés aux annonces de fin de vie des composants, garantit une continuité transparente des produits et minimise les perturbations des opérations des clients. En confiant les responsabilités PLM aux fournisseurs SoM, les entreprises peuvent concentrer leurs ressources internes sur l'innovation et les compétences clés, plutôt que sur la gestion de la dynamique de la chaîne d'approvisionnement et l'atténuation des risques liés au cycle de vie des produits.

Avantages pour les développeurs de logiciels

Le développement de logiciels pour les systèmes basés sur FPGA peut être rationalisé et accéléré à l'aide de SoM. Ces modules sont fournis avec des conceptions de référence et des BSP (Board Support Packages) pré-validés, offrant un environnement de développement logiciel stable et standardisé. Les développeurs peuvent exploiter ces ressources pour accélérer le développement de logiciels d'application sans les complexités associées à l'adaptation de logiciels à différentes configurations matérielles. Cette approche réduit non seulement les cycles de développement, mais améliore également la fiabilité et la compatibilité des logiciels, permettant aux développeurs de se concentrer sur l'optimisation des performances et des fonctionnalités des applications.

iWave propose un portefeuille SoM diversifié et étendu en collaboration avec les principaux fournisseurs de FPGA comme AMD, Altera et Achronix. Ce partenariat accorde à iWave un accès anticipé aux technologies FPGA de pointe, leur permettant de développer une large gamme de SoM et de modules commerciaux prêts à l'emploi (COTS) adaptés à divers besoins applicatifs. Par exemple, dans la série Zynq UltraScale+ d'AMD, iWave fournit plusieurs options comme iW-RainboW-G35M, iW-RainboW-G30M et iW-RainboW-G47M, chacune offrant différentes configurations adaptées à différentes exigences de performances. De même, avec Altera et Achronix, iWave propose des SoM comme l'iW-RainboW-G58M Agilex 5 SoC FPGA et le SoM iW-RainboW-G64M Speedster7T, démontrant leur capacité à servir différentes plateformes FPGA.

Conclusion

Au-delà de son portefeuille SoM, iWave accompagne ses clients avec une gamme de services de conception FPGA, incluant la conception de cartes porteuses, le développement d'IP FPGA, le portage, la personnalisation, le portage Linux et BSP, les certifications et la conception mécanique. Depuis sa création en 1999, iWave s'est spécialisée dans le développement de systèmes embarqués, au service de secteurs tels que l'industrie, la médecine, l'automobile et l'avionique. Grâce à une vaste expertise en technologies FPGA et SoC FPGA, ils fournissent des solutions robustes qui répondent aux normes industrielles les plus strictes et permettent un développement de produits transparent pour les clients du monde entier.