SGET treibt HFM-Standard voran
Erleichterte Integration und Austauschbarkeit für FPGA-Module
Mit dem neuen Standard Harmonized FPGA Module (HFM) will die SGET die Vorteile von Computer-on-Module- bzw. System-on-Module-Standards auf das Anwendungsfeld von FPGAs und FPGA-basierten SoCs zu übertragen. Hersteller und Anwender sind aufgerufen, sich an der Standardisierung zu beteiligen.
FPGAs und FPGA-basierte SoCs, die bislang vor allem in den Märkten Medizintechnik, Automotive und Telekommunikation sowie in der Luftfahrt und Verteidigung zum Einsatz kommen, erfahren derzeit eine stark wachsende Nachfrage. Rund 16,4 % soll der Markt in Zukunft jährlich wachsen [1]. Wachstumstreiber sind unter anderem die künstliche Intelligenz und das Internet der Dinge. Einsatzbereiche finden sich dabei sowohl in den Embedded Devices selbst als auch in mit High-Performance-Computern (HPC) betriebenen Edge-Datacentern. Auch die 5G/6G-Infrastruktur für den mobilen Datenaustausch baut auf FPGAs – schließlich ist die Telekommunikation bislang der größte Absatzmarkt für FPGAs. Zahlreiche Telemetriesysteme sowie Lösungen für das autonome Fahren bauen auf diese Infrastruktur. Zudem sind Fahrerassistenzsysteme (ADAS, Advanced Driver Assistance Systems) ein starker Wachstumsmarkt für FPGAs.
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Effizienz ist entscheidend
FPGAs lösen in all diesen Anwendungsbereichen die Herausforderung, Daten so effizient wie möglich zu verarbeiten. Im Vordergrund steht zumeist ein hoher Datendurchsatz in Echtzeit bei möglichst geringer Latenz und TDP (Thermal Design Power). FPGAs erreichen dieses Ziel vor allem durch ihre Auslegbarkeit auf die dedizierte Aufgabenstellung bei gleichzeitig gegebener Flexibilität, kontinuierlich in der Auslegung optimiert werden zu können. Lösungsangebote, die FPGAs beispielsweise für die Verarbeitung von KI-Inferenzen nutzen, können nicht nur softwareseitig, sondern jederzeit auch von Seiten des elektronischen Schaltungsaufbaus her optimiert werden und dies sogar im Feldeinsatz. Dadurch unterscheiden sie sich von ASICS, deren Schaltungen nach der Fertigung nicht mehr geändert werden können.
Heterogenes harmonisieren
Die Analyse von Bildern, Videostreams und Big Data, die Audiodigitalisierung, das Codieren, Decodieren und Konvertieren von massiven Datenströmen – all das sind Aufgaben für FPGAs. So heterogen diese Anwendungen sind, so dediziert sind FPGAs oftmals auch ausgelegt in Bezug auf die Anzahl und Komplexität der logischen Schaltungen sowie der Schnittstellen. Das gilt selbstverständlich auch für FPGA-basierte SoCs, die vor allem im Fokus der Standardisierungsbemühungen der SGET (Standardization Group for Embedded Technologies) stehen. Eines der Standardisierungsziele ist es, das Portfolio von Anbietern wie AMD (ehedem Xilinx) und Intel (ehedem Altera) sowie Achronix, Efinix, Flex Logix, Gowin, Lattice, Microchip, Microsemi und Quicklogic herstellerunabhängig skalierbar zu machen. Auf ein und demselben Carrierboard sollen FPGA-SoCs unterschiedlichster Hersteller eingesetzt werden können, ohne das PCB-Layout ändern zu müssen.
Eine solche Standardisierung hat sich bereits bei den Standards der SGET für Embedded x86- und ARM-Prozessoren bewährt und soll nun für FPGAs und FPGA-basierte SoCs verfügbar werden: Entwicklern können solche applikationsfertigen FPGA-Cores mit allen spezifizierten Schnittstellen in einem fertig validierten Paket inklusive aller Standardtreiber und dem notwendigen Softwaresupport bereitgestellt werden. Solche »Plug&Boot«-Module verkürzen die Time-to-Market deutlich und senken auch immens die NRE-Kosten (Non-Recurring Engineering) im Vergleich zur komplett eigenständigen Integration eines FPGAs bzw. FPGA-basierten SoCs.
Standardisiert bieten FPGA-on-Modules zudem alle Vorteile, wie Second Source und Skalierbarkeit über Prozessorgenerationen, Hersteller und Architekturen hinweg – denkbar wäre es sogar, ASICs zu integrieren – und damit Langzeit- verfügbarkeit, was OEMs eine hohe Designsicherheit und maximalen Return-on-Investment bietet. Kosten spart man auch bei den Platinen der Carrierboards, denn eine hohe Stromdichte herrscht oft nur unmittelbar beim SoC. Ist sie erstmal auf dem Carrierboard verteilt, kann dieses mit weniger Lagen auskommen.
- Erleichterte Integration und Austauschbarkeit für FPGA-Module
- Sowohl lötbare als auch steckbare Module
- Vorteile für Hersteller und Anwender von FPGAs
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