在 FPGA 系統設計中使用 FPGA SoM 的優勢為何？

隨著資料中心、高效能電腦、醫學影像、精密佈局走線、專用 PCB 材料、尺寸約束條件和熱管理等應用相繼擴展，對 FPGA 的需求亦不斷攀升。從前，硬體設計人員選擇「精簡晶片」架構，揀選特定矽元件，並為應用開發完全客製化的電路板。雖然這種方法可以達成高度最佳化的實作結果，但需要耗費大量的開發時間和成本，才能達到生產就緒狀態。為節省時間和費用，許多設計團隊正在考慮整合度更高的解決方案，例如多晶片模組 (MCM)、系統級封裝 (SiP)、單板電腦 (SBC) 或系統模組 (SoM)。

FPGA SoM 市場急速擴張，使得更多使用者能夠採用 FPGA 型平台。這些 SoM 架構適應力強且簡單易用，因此廣泛用於許多應用。

FPGA 系統模組總覽

與獨立式單板電腦不同，FPGA SoM 是一種小型運算模組，旨在整合至更大的系統中。該模組包括高速 DDR 記憶體、快閃儲存、電源管理、通用介面控制器和板支援套件 (BSP) 軟體等基本元件，並支援高速收發器區塊及多種通訊協定 (如乙太網路、USB 和 PCIe)。

SoM 方法可提供具有核心運算零件和軟體且預先經過建置和測試的模組，可加快開發時間、降低成本、簡化元件的採購，因此擁有顯著優勢。如此一來，研發團隊能專注於公司的特定需求，有助設計週期達到更高可預測性並改善業務成果。此外，SoM 兼具可擴充性和靈活性，不必翻修整個系統就能輕鬆升級或修改元件。善用 SoM 的公司能加速產品上市、降低設計錯誤風險並提高整體效率，因此對許多進階應用來說，SoM 是一款極具吸引力的解決方案。

上市時間

SoM 型方法能大幅縮短開發時間，加速產品上市。由於 SoM 已經過 iWave 等製造商的預先測試和資格檢定，設計人員能更快將這些模組整合至其產品中，並且也較不易出錯。藉助這種預先驗證，即可確保模組達到高標準的可靠性和效能，而無需執行大量的內部測試和故障排除。善用 SoM 的公司能簡化開發週期，減少設計與驗證流程所耗費的時間和資源 (圖 1)。如此，他們便能專注於自身獨有的價值主張及核心競爭力，而非受困於複雜的系統整合。SoM 的模組化性質也為設計流程提供了靈活性，即使在開發的後期階段亦能進行變更調整，而無需大規模重工。

圖 1：使用 SoM 能大幅縮短設計時間，進而加速上市。(圖片來源：iWave)

開發成本與複雜性

運用合格的生產就緒型 SoM，能顯著降低 FPGA 系統設計的複雜性。透過將預先測試的 SoM 整合至產品開發中，公司將能降低與硬體設計錯誤及相容性問題相關的風險。這種方法不僅能加快上市時間，還能降低整體開發及資格檢定成本。SoM 經過嚴苛的測試機制，包括嚴格的電磁相容性 (EMC) 測試及各種環境應力測試 (例如熱循環和老化)。這些測試確保模組能承受嚴苛的工作條件，同時維持可靠的效能，因此能夠最大程度降低進行大量內部測試和驗證工作的必要性。

產品模組化和可擴充性

FPGA 系統單晶片 (SoC) 解決方案採用 SoM 型方法具有幾大優勢，其中之一便是增強模組化和可擴充性。SoM 旨在支援多種 FPGA 邏輯密度、I/O 設定與收發器功能。這種靈活性使產品設計人員能依照特定的應用要求，選擇適當的 SoM，且無需重新設計整個硬體架構。舉例來說，單一載板架構就能適應許多不同的 SoM 設定，從具備基本功能的小型 FPGA，到具備進階處理功能的更大型且複雜的 FPGA。這種模組化能幫助設計順暢擴充及適應未來需求，並且能根據市場需求的演變而輕鬆升級至較新的 FPGA 世代或新增其他功能。

圖 2：FPGA SoC 增強模組化和可擴充性。(圖片來源：iWave)

供應鏈和產品生命週期管理

圖 3：SoM 型方法將採購和供應鏈管理責任合而為一，進而簡化複雜性。(圖片來源：iWave)

有效的產品生命週期管理 (PLM)，對維持 FPGA 型產品的使用壽命和競爭力而言非常重要。SoM 廠商會持續監測元件的時宜性和市場趨勢，因此就這方面而言，其扮演著重要角色。這些廠商會主動更新 SoM 設計與軟體套件，以納入新的特點、增強型功能和安全修補程式。這種主動式方法能降低元件停產 (EOL) 公告的相關風險，確保產品持續供應，並盡量避免造成客戶營運中斷。託由 SoM 廠商負責 PLM，公司即能將其內部資源集中在創新和核心競爭力上，而非管理供應鏈動態和降低產品生命週期風險上。

對軟體開發人員的好處

使用 SoM 能簡化並加速 FPGA 型系統的軟體開發。這些模組配有預先驗證的板支援套件 (BSP) 與公版設計，提供穩定的標準化軟體開發環境。開發人員能善用這些資源，加速應用軟體開發，而不必讓軟體適應不同的硬體設定，從而化繁為簡。這種方法不僅能縮短開發週期，還能提高軟體的可靠性和相容性，使開發人員專注於應用效能與功能的最佳化。

iWave 與 AMD、Altera 及 Achronix 等 FPGA 領導廠商合作，提供多樣化且全面的 SoM 產品組合。藉助這種合作，iWave 能盡早取得最尖端的 FPGA 技術，進而針對各種應用需求開發各種 SoM 和商用現貨 (COTS) 模組。例如，在 AMD 的 Zynq UltraScale+ 系列中，iWave 提供多款型號，例如 iW-RainboW-G35M、iW-RainboW-G30M 和 iW-RainboW-G47M，每種型號均提供不同的設定，可配合不同的效能要求。同樣地，在與 Altera 和 Achronix 合作時，iWave 提供 iW-RainboW-G58M Agilex 5 SoC FPGA 和 iW-RainboW-G64M Speedster7T SoM 等 SoM，進而證明其有能力迎合多款不同的 FPGA 平台。

結論

除了 SoM 產品組合之外，iWave 還為客戶提供一系列 FPGA 設計服務，包括載板設計、FPGA IP 開發、移植、客製化、Linux 與板支援套件 (BSP) 移植、認證及機械設計。自 1999 年成立以來，iWave 專注於嵌入式系統工程，為工業、醫療、汽車和航空電子等產業效力。該公司在 FPGA 與 SoC FPGA 技術方面擁有廣泛的專業知識，因此推出的解決方案十分穩健、能滿足嚴格的產業標準，並能使產品開發順暢無阻，造福全球的客戶。