وبلاگ شرکت در مورد XILINX XAZU2EG-1SFVA625Q FPGA با چگالی بالا XA Zynq™ UltraScale+™ MPSoC

شرکت الکترونیک Shenzhen Mingjiada Co., Ltd.عرضه و بازیافت XILINXXAZU2EG-1SFVA625QXA ZynqTM UltraScale+TM MPSoC FPGA با تراکم بالا. با منطق قابل برنامه ریزی با تراکم بالا، قابلیت های پردازش متضاد قدرتمند و قابلیت اطمینان دقیق صنعتی / خودرواین راه حل مورد علاقه برای برنامه های کاربردی جاسازی شده با عملکرد بالا در رده متوسط است.، کاملا مناسب برای نیازهای کار پیچیده سناریوهای متعدد است.

I. کلیۀ محصولات: MPSoC های متجانس یکپارچه

درXAZU2EG-1SFVA625Qمتعلق به سری EG (Extensible Graphics) از خانواده XILINX XA ZynqTM UltraScale+TM MPSoC است.این یک سیستم چند پردازنده بسیار یکپارچه در تراشه (SoC) است که نقاط قوت اصلی پردازنده های چند هسته ای ARM و معماری UltraScale FPGA را ترکیب می کند.، خود را به عنوان یک راه حل پردازش جاسازی شده "فلیگ شپ متوسط" قرار می دهد.هدف اصلی طراحی آن فراهم کردن یک راه حل یکپارچه برای کاربردهایی است که نیاز به عملکرد بالا و قابلیت اطمینان دارندبدون نیاز به پردازنده های خارجی اضافی یا تراشه های اختصاصی، این امکان را برای پردازش از انتهای به انتهای شتاب الگوریتم پیچیده، کنترل در زمان واقعی و تعاملات رابط با سرعت بالا فراهم می کند.ساده سازی قابل توجهی از طراحی سیستم، کاهش هزینه های سخت افزاری و مصرف برق، در حالی که پاسخگویی و ثبات کلی سیستم را افزایش می دهد.

درXAZU2EG-1SFVA625Qاز تکنولوژی فرآیند FinFET 16nm با قدرت کم TSMC استفاده می کند، عملکرد بالا را با مصرف انرژی پایین متعادل می کند. از طیف گسترده ای از دمای کار از -40 °C تا 125 °C پشتیبانی می کند.پاسخگویی به الزامات سختگیرانه محیط زیست در کاربردهای صنعتی و خودرواین به طور گسترده ای در بخش های پیشرفته مانند هوش صنعتی، الکترونیک خودرو، هوافضا، تجهیزات پزشکی و سایر بخش های پیشرفته استفاده می شود.این پشتیبانی از چرخه عمر محصول بیش از 15 سال را ارائه می دهد، پاسخگویی به نیازهای تامین طولانی مدت بخش های صنعتی و خودرو.

II. معماری فناوری اصلی: ترکیب متضاد طلایی ARM و FPGA

رقابت هسته ایXAZU2EG-1SFVA625Qدر معماری ادغام ناهمگن انقلابی آن است که به طور یکپارچه سیستم پردازش (PS) را با منطق قابل برنامه ریزی (PL) ادغام می کند. از طریق اتوبوس AXI4،امکان تعامل با تاخیر کم را فراهم می کند.، اجازه می دهد تا هسته های مختلف عملکردهای مربوطه خود را انجام دهند و با هم کار کنند و در نتیجه عملکرد سیستم را به حداکثر برسانند.

سیستم پردازش (PS): همکاری چند هسته ای، تعادل عملکرد و قابلیت های زمان واقعی

سیستم پردازش (PS) که به عنوان مرکز کنترل و محاسبات تراشه عمل می کند، یک پردازنده چند هسته ای ARM و یک واحد پردازش گرافیک (GPU) را ادغام می کند.امکان مدیریت کارآمد برنامه های کاربردی لایه بالا، کنترل زمان واقعی و وظایف ارائه گرافیک. پیکربندی خاص به شرح زیر است:

- پردازنده سطح برنامه: دارای یک پردازنده چهار هسته ای ARM Cortex-A53 است که از محاسبات 64 بیتی با حداکثر سرعت ساعت 1.5GHz پشتیبانی می کند.و پشتیبانی از Neon و تک / دو دقت عملیات نقطه شناور، و می تواند به آرامی سیستم عامل هایی مانند لینوکس و اندروید را اجرا کند. این سیستم عامل مسئول انجام وظایف پیچیده برنامه های لایه بالا از جمله نتیجه گیری هوش مصنوعی است.رابط های کاربری و ارتباطات شبکه ای (مانند پشته پروتکل 5G).

- پردازنده کنترل زمان واقعی: یک پردازنده 2 هسته ای ARM Cortex-R5 یکپارچه با حداکثر سرعت ساعت 600MHz، همچنین مجهز به حافظه 32KB / 32KB L1 و TCM (تخم به هم پیوسته).به طور خاص برای وظایف زمان واقعی با تاخیر کم طراحی شده است، می تواند سیستم عامل های زمان واقعی (RTOS) یا کد فلزی را اجرا کند، انجام وظایف با الزامات زمان پاسخ بسیار بالا مانند جمع آوری داده های سنسور،کنترل موتور و همگام سازی سیگنال، با زمان پاسخ کمتر از 1μs.

- واحد پردازش گرافیک: GPU MP2 Mali-400 یکپارچه، پشتیبانی از استانداردهای OpenGL ES 3.0 و OpenCL 1.1، با قابلیت پردازش گرافیک تا 300 میلیون پیکسل در ثانیه.آن را برآورده می کند الزامات پردازش چند رسانه ای مانند نمایش ویدیو با وضوح بالا و ارائه رابط گرافیکی بدون نیاز به یک تراشه گرافیکی خارجی.

منطق قابل برنامه ریزی (PL): معماری چگالی بالا که امکان محاسبه با سرعت بالا و گسترش انعطاف پذیر را فراهم می کند

منطق قابل برنامه ریزی (PL) بر اساس معماری Xilinx UltraScale است که دارای منابع منطقی با تراکم بالا و قابلیت های محاسباتی قدرتمند است.می تواند به طور انعطاف پذیر با توجه به الزامات برنامه برای دستیابی به شتاب الگوریتم سفارشی پیکربندی شود، تجزیه و تحلیل پروتکل و گسترش رابط، که هسته ی انعطاف پذیری دستگاه را نشان می دهد. پیکربندی های کلیدی به شرح زیر هستند:

منابع منطقی: تقریباً 103K+ واحد منطقی (LUT) را فراهم می کند که از پیاده سازی مدارهای منطقی پیچیده پشتیبانی می کند.این اجازه می دهد تا برای ساخت انعطاف پذیر از ماژول های محاسباتی سفارشی برای پاسخگویی به الزامات کاربردی سناریوهای مختلف.

- DSP Slices: یکپارچه سازی 240 Slice DSP، پشتیبانی از عملیات چندگانه و جمع آوری کارآمد با عملکرد محاسباتی که به سطوح فوق العاده بالایی GMAC / s می رسد.این امکان تسریع سریع کارهای محاسباتی مانند عملیات پیچیدگی را فراهم می کند (e.به عنوان مثال، نتیجه گیری CNN) ، پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) و کدگذاری / رمزگشایی ویدیو، با کارایی 10 تا 100 برابر CPUهای عمومی.

- منابع حافظه: مجهز به تقریباً 5 مگابایت بلاک رم (BRAM) است که می تواند به طور انعطاف پذیر به عنوان حافظه تک پورت، دو پورت یا FIFO تنظیم شود.این با سرعت بالا نیاز به ذخیره سازی داده و تبادل داده را برآورده می کند.، وابستگی به حافظه خارجی را کاهش می دهد و کارایی پردازش داده را افزایش می دهد.

ارتباط متقابل بر روی تراشه و مدیریت انرژی: هماهنگی کارآمد برای بهینه سازی بهره وری انرژی

درXAZU2EG-1SFVA625Qدستگاه از فناوری اتصال IP Xilinx SmartConnect استفاده می کند تا تعامل کم تاخیر بین منبع برق (PS) و برنامه برق (PL) را از طریق اتوبوس AXI4 با تاخیر کمتر از 100 ns امکان پذیر کند.این تضمین می کند جریان داده های کارآمد بین CPU، GPU و FPGA، به حداکثر رساندن مزایای همکاری معماری ناهمگن. علاوه بر این، این قابلیت مقیاس بندی ولتاژ و فرکانس پویا (DVFS) را ادغام می کند.که به طور پویا ولتاژ و فرکانس را با توجه به بار کار تنظیم می کندبا مصرف قدرت عملیاتی معمولی حدود 812W، مصرف انرژی را به طور موثر کاهش می دهد در حالی که عملکرد را حفظ می کند و نیازهای کم مصرف دستگاه های جاسازی شده را برآورده می کند.

III. مزیت های اصلی: متناسب با سناریوهای پیچیده

همکاری متضاد: غلبه بر تنگه های عملکرد

در مقایسه با دستگاه های سنتی یک معماری،XAZU2EG-1SFVA625Qاز طریق یک مدل تقسیم کار که در آن هسته های تخصصی وظایف تخصصی را انجام می دهند، از طریق فشارهای عملکردی عبور می کند: ARM Cortex-A53 برنامه های کاربردی لایه بالا و ارتباطات شبکه را مدیریت می کند.,Cortex-R5 کنترل زمان واقعی را انجام می دهد و FPGA تسریع الگوریتم و تجزیه پروتکل سفارشی را انجام می دهد.این سه جزء به طور قابل توجهی باعث افزایش کارایی پردازش کلی سیستم می شوند.به عنوان مثال، در یک سیستم بینایی صنعتی، Cortex-A53 الگوریتم تشخیص شی YOLOv5 را اجرا می کند، Cortex-R5 سیگنال های پرتاب دوربین را در زمان واقعی هماهنگ می کند،و FPGA وظایف پیش پردازش مانند تصویر و تشخیص لبه را تسریع می کند.این می تواند نرخ فریم کلی را از 30 فریم در ثانیه به 120 فریم در ثانیه افزایش دهد و نیازهای بازرسی دید با سرعت بالا را برآورده کند.

رابط های گسترده برای اتصال یک نقطه توقف با انواع دستگاه های متعدد

درXAZU2EG-1SFVA625Qیکپارچه سازی رابط های مورد نیاز برای سناریوهای متعدد، از جمله کاربردهای صنعتی، خودرو و چند رسانه ایامکان اتصال یک نقطه توقف بدون نیاز به تراشه های اضافی رابط خارجی: رابط های سرعت بالا از گیرنده های PCIe Gen3 x4 و GTH پشتیبانی می کنند، اجازه اتصال مستقیم به GPU ها، SSD ها و دستگاه های فیبر نوری را می دهند؛ رابط های صنعتی از CAN FD، EtherCAT، RS-485 و دیگران پشتیبانی می کنند.سازگاری با شبکه های کنترل صنعتی؛ رابط های چند رسانه ای از MIPI CSI-2 (4 خط، ورودی ویدیوی 8K) ، DisplayPort 1.4 و HDMI 2.0 (4K@60fps output) پشتیبانی می کنند که آنها را برای دوربین های با وضوح بالا و دستگاه های نمایش مناسب می کند.رابط های عمومی پشتیبانی از I2C، SPI، UART و بیشتر، اجازه اتصال مستقیم به سنسورها و دستگاه های محیطی مختلف، در نتیجه به طور قابل توجهی طراحی سخت افزار سیستم را ساده می کند.

توسعه دهنده دوستانه، کاهش موانع توسعه ناهمگن

برای رسیدگی به پیچیدگی توسعه ناهمگن، XILINX یک زنجیره ابزار توسعه جامع را ارائه می دهد که مانع ورود مهندسان را به طور قابل توجهی کاهش می دهد:مجموعه طراحی Vivado از پیکربندی PS پشتیبانی می کندتوسعه منطق PL و شبیه سازی سطح سیستم؛ PetaLinux امکان ساخت سریع سیستم های لینوکس مبتنی بر ARM را فراهم می کند، پشتیبانی از سفارشی سازی درخت دستگاه و ادغام درایورها؛پلت فرم توسعه ی متحد ویتیس جریان های کاری توسعه ی نرم افزار و سخت افزار را ادغام می کند، پشتیبانی از ترکیب کد C / C ++ / OpenCL در PS و PL و حتی به طور خودکار نقشه برداری بخش هایی از کد CPU به شتاب FPGA.یک کتابخانه غنی از طرح های مرجع ارائه شده است، شامل سناریوهایی مانند دید صنعتی، ADAS و سلول های کوچک 5G است که می تواند چرخه های توسعه را با 3-6 ماه کوتاه کند.

قابلیت اطمینان و امنیت بالا، مناسب برای سناریوهای سخت

درXAZU2EG-1SFVA625Qآزمون و صدور گواهینامه AEC-Q100 را پشت سر گذاشته و مطابق با استاندارد ایمنی ISO 26262 ASIL-C است و مکانیسم های جامع امنیتی و قابل اطمینان را در خود جای داده است:ویژگی های امنیتی حفاظت از داده های سیستم و نرم افزار، جلوگیری از دستکاری و حملات؛ طراحی درجه حرارت بالا و تأیید حافظه ECC ثبات دستگاه را در محیط های خشن افزایش می دهد؛دامنه قدرت و طراحی جزیره قدرت دروازه ای امکان فعال سازی / غیرفعال سازی ماژول انعطاف پذیر را فراهم می کند، مصرف انرژی را کاهش می دهد در حالی که عملکرد را حفظ می کند، و آن را برای کاربردهای سخت در بخش های صنعتی، خودرو و هوافضا مناسب می کند.

IV. سناریوهای کاربردی معمولی

بر اساس مزایایی که در بالا ذکر شدXAZU2EG-1SFVA625Q، با منطق چگالی بالا، قابلیت های پردازش متضاد قدرتمند و قابلیت اطمینان بالا، به طور گسترده ای در چندین بخش پیشرفته مورد استفاده قرار گرفته است و به یک جزء اصلی سیستم های جاسازی شده تبدیل شده است.:

ترمینال های هوشمند صنعتی

در سناریوهای کارخانه های هوشمند و اینترنت صنعتی چیزها (IIoT) ، به عنوان یک مرکز محاسبات لبه ای عمل می کند ، مسئول پردازش داده های سنسور در زمان واقعی ، بازرسی بینایی صنعتی ،کنترل موتور و ارتباطات شبکه ایاین محصول برای محصولات مانند روبات های صنعتی، تجهیزات بازرسی هوشمند و دروازه های صنعتی مناسب است و امکان مدیریت هوشمند و خودکار فرآیندهای تولید را فراهم می کند.

الکترونیک خودرو

به عنوان یک قطعه خودرو، با سیستم های پیشرفته کمک راننده (ADAS) ، سیستم های سرگرمی داخل خودرو و دروازه های خودرو سازگار است.می تواند عملکردهایی مانند پردازش داده های درک محیط زیست را انجام دهد.، نمایش تصویر و تجزیه پروتکل ارتباطات داخل خودرو، پاسخگویی به الزامات سختگیرانه بخش خودرو برای ایمنی، عملکرد در زمان واقعی و قابلیت اطمینان.

هوافضا و دفاع

در کاربردهای هوافضا، این راه حل ها در سیستم های کنترل هواپیمای بدون سرنشین (UAV) و سیستم های هواپیمایی استفاده می شوند.قابلیت اطمینان بالا و قابلیت های محاسباتی قدرتمند، آنها وظایف مانند به دست آوردن داده های پرواز، کنترل ناوبری و ارتباطات رمزگذاری شده را انجام می دهند و نیازهای عملکرد پایدار را در محیط های شدید برآورده می کنند.

پزشکی و چند رسانه ای

در دستگاه های پزشکی، در تجهیزات تصویربرداری پزشکی و نظارت بر علائم حیاتی برای امکان پردازش سیگنال تصویر، انتقال داده و کنترل در زمان واقعی استفاده می شود؛ در برنامه های چند رسانه ای،برای کدگذاری و رمزگشایی ویدیو 4K/8K استفاده می شود، و همچنین دستگاه های نمایش با وضوح بالا، ارائه یک تجربه چند رسانه ای صاف.

V. خلاصه

به عنوان محصول پرچمدار XilinxXAZU2EG-1SFVA625Qسری XA ZynqTM UltraScale+TM MPSoC، تمرکز آن بر "انضمام متضاد" است، که مزایای منطق FPGA با چگالی بالا، پردازنده های چند هسته ای ARM و GPU را برای تعادل عملکرد ترکیب می کند.انعطاف پذیری، قابلیت اطمینان و دوستانه توسعه دهنده. فرآیند FinFET 16nm آن، طراحی طیف گسترده ای از دما،طیف گسترده ای از رابط ها و مکانیسم های امنیتی قوی آن را قادر می سازد تا به محیط های مختلف و مختلف سازگار شود.، از جمله کاربردهای صنعتی، خودرو و هوافضا. می تواند کارهای پیچیده را بدون نیاز به تراشه های خارجی اضافی انجام دهد.ساده سازی قابل توجهی از طراحی سیستم در حالی که کاهش هزینه ها و مصرف برق.

در میان روند به سمت سیستم های جاسازی شده با کارایی بالا، کم مصرف و بسیار یکپارچه،XAZU2EG-1SFVA625Q، با معماری ناهمگن منحصر به فرد و مزایای جامع محصول، به عنوان یک پل حیاتی برای اتصال سیستم های جاسازی شده سنتی با برنامه های کاربردی هوشمند پیشرفته است.این به مهندسان آزادی طراحی بی سابقه ای می دهد، تسهیل انتشار سریع و ارتقای محصولات مستقر پیشرفته مختلف.