启动 FPGA 系统级模块 HFM 工作组

FPGA 系统级模块 (SoM) 的应用日益广泛，正在重塑各行各业的现代产品设计。 这一日益增长的趋势凸显了业界对统一标准的巨大需求，以简化 FPGA SoM 的设计和制造过程。 这样一种标准可以优化性能、成本和灵活性，使工程师和开发人员更容易将复杂的应用付诸实践。

（图片来源：iWave）

FPGA 系统级模块的优势

FPGA SoM 方式因其在简化设计流程方面的巨大优势而备受青睐。 通过使用 SoM，开发人员可以免除多个复杂的设计任务，这不仅缩短了开发时间，还确保了更高质量的产品。 下面介绍 FPGA SoM 是如何应对一些主要设计挑战的：

• 复杂的电源电路设计：FPGA SoM 简化了复杂的电源电路设计，包括复杂的电源定序要求。
• 功率密度更高：它们能在有限的电路板空间内支持更高的功率密度，这对先进而紧凑的应用来说至关重要。
• 高效 IO 处理：FPGA SoM 可简化处理各种 IO 库的复杂性，简化多种 IO 标准的处理过程。
• DDR 存储器和高速信号处理：利用 FPGA SoM，可精确管理高速 DDR 存储器设计和信号完整性，从而提高整体数据吞吐量和可靠性。
• 热管理和紧凑设计：通过有效管理散热，FPGA SoM 在保持紧凑外形的同时，还能维持最佳散热水平。

总之，FPGA SoM 还能提高设计的可扩展性，支持对逻辑密度、IO 和收发器通道有不同要求的各种应用。

制定标准的必要性：Harmonized FPGA Module™ (HFM) 计划

2024 年 2 月，嵌入式技术标准化组织 (SGeT) 成立了一个工作组，负责制定 Harmonized FPGA Module™ (HFM) 标准，这是一个重要的里程碑。 这项工作是在 18 个全球组织的成立会议上启动的，旨在为 FPGA 和 SoC-FPGA 模块创建一个标准框架。 在这次会议上，iWave 的 Sheik Abdullah 先生被任命为该标准制定小组 (SDT) 的主席，领导在 SGeT 第六个重大项目下制定全球标准的工作。

统一 FPGA 模块 (HFM) 标准的目标和范围

Harmonized FPGA Module™ (HFM) 标准开发团队的主要目标是为可焊接和板对板 FPGA 模块开发通用的统一标准。 该标准将满足广泛的 FPGA 配置需求，重点是为中低端 FPGA 提供选择，并通过模块化支持中高端 SoC FPGA。 任务说明概述了 SoM 设计的双重方法，以提高灵活性和功能性：

• 可焊接 FPGA 模块：该选项非常适合对结构紧凑、低功耗和耐用性要求较高的应用。
• 基于连接器的模块：这些模块适合更高性能的应用，具有更高的可扩展性和组件可及性。

这两种设计都面临着基本的技术挑战，如电源管理、热控制和高速连接，因此制定一个统一的标准既实用又有益。 本标准旨在解决这些共同问题，建立一个同时适合两种模块类型的核心框架。

HFM 标准的愿景

通过 HFM 计划，SGeT 希望打造一个蓬勃发展的创新生态系统，并重新定义嵌入式计算的界限。 标准化目标旨在：

1. 提高成本效益，缩短产品上市所需时间：通过简化设计和集成，HFM 标准可使企业以更少的资源更快地将产品推向市场。
2. 提高灵活性和互操作性：标准化方法将提高各种 FPGA 解决方案之间的兼容性，鼓励更广泛地采用该技术。
3. 推动技术进步：这项工作旨在突破嵌入式技术的极限，允许从自动化到高性能计算的各行各业的应用不断复杂和强大。

加入 HFM 标准化工作

SGeT 邀请嵌入式技术领域的所有公司参与制定统一 FPGA 模块标准。 业界人士可借此机会贡献自己的专业知识，塑造 FPGA 模块设计的未来，并成为专注于推动嵌入式计算发展的协作社区的一员。

如果有兴趣加入这一倡议，请发邮件至 info@sget.org 报名，成为这一变革性标准化项目组的一员。

FPGA SoM 标准化的广泛影响

1. 加速嵌入式计算市场的发展：HFM 标准有望加快基于 FPGA 的解决方案在新市场的应用。 例如，在工业自动化和 AI 驱动的物联网应用等领域，定制化和适应性是关键所在，而标准化 SoM 所提供的简化集成可使这些领域从中受益。 通过降低开发复杂性，更多公司可以探索和采用 FPGA 技术，而无需深厚的 FPGA 设计专业知识，为嵌入式计算开辟了新的可能性。
2. 供应链效益：通过标准化方法，供应商和制造商可以精简库存，减少零件差异，简化物流。 标准化的 SoM 外形能够让元件供应商保持稳定的质量，同时提供一系列可在不同平台上互操作的 FPGA 和 SoC 选项，从而最终降低成本并提高可用性。
3. 让设计经得住时间考验的交叉兼容性：统一的标准还能让设计经得住时间考验。 通过建立通用接口、引脚配置和热管理规范，工程师可以更轻松地升级或替换现有产品中的 FPGA SoM。 这种灵活性能够让各个公司延长产品生命周期，快速适应新的硬件创新，而无需进行重大的再设计。
4. 公司间合作与创新：HFM 标准通过在 FPGA 行业建立通用设计语言，有可能促进更多的公司间合作。 通过这一共享框架，各个公司可以就高速数据处理、深度学习加速器和边缘计算模块等先进解决方案开展合作。 这种合作环境可以加快创新周期，增强终端用户的功能。

HFM 标准的技术改进和创新

1. 可互操作的引脚布局和电源配置：引脚布局和电源配置的标准化对于实现模块化和灵活性至关重要。 这将使得设计人员能够根据不同的 FPGA 调整单板设计，从而提高模块适应性，并随着技术的进步为升级 FPGA 模块提供更便捷的途径。
2. 统一的散热和热管理指南：不同的 FPGA SoM 具有不同的功率和热需求，HFM 标准旨在纳入优化散热的指导原则。 这些指导原则将规范热负荷的处理方法，有利于工业环境、高速计算和其他对热可靠性要求较高的领域的应用。
3. 模块化软件兼容性：有了标准化的硬件方法，软件支持也可以更加一致。 这种标准化将有助于实现各种 FPGA SoM 的通用软件和固件兼容性，从而减少对定制驱动程序和软件补丁的需求，进而简化工程师的开发工作并确保更高的可靠性。
4. 强化安全标准：嵌入式系统的安全性日益受到关注。 HFM 标准可以定义 FPGA SoM 的最低安全基准，如加密支持、安全引导功能和篡改检测。 这些新增的安全功能将使得 FPGA SoM 对医疗设备和国防系统等数据安全要求较高的关键应用更具吸引力。

HFM 在实现下一代应用中的作用

1. 增强边缘和 AI 应用的能力：随着 AI 和边缘计算的兴起，FPGA 因其处理并行处理和实时数据计算的能力而变得至关重要。 HFM 标准将支持为 AI 应用量身定制可扩展的 FPGA 解决方案，从而能够在边缘更快地部署机器学习模型和实时数据处理。
2. 推进物联网和连接解决方案：在物联网中，低功耗和高效数据处理至关重要，标准化的 FPGA SoM 可大大简化传感器数据处理、机器对机器通信和实时监控系统的集成。 通过简化 FPGA 开发，HFM 可在扩大农业、智慧城市和能源领域的物联网应用方面发挥核心作用。
3. 改变工业自动化：标准化的 FPGA SoM 可将工业自动化系统的适应性提升到一个新的水平，因为灵活性和稳健性在这些系统中至关重要。 这包括机器人、预测性维护和精密制造领域的应用，定制 FPGA 解决方案可提供处理大量实时数据所需的速度和效率。

HFM 标准的未来和下一步措施

1. 全球采用和认证计划：SGeT 可能会推出认证计划，以确保 FPGA SoM 符合 HFM 标准。 与 PCIe 和 USB 等其他技术标准的认证计划类似，认证可提高 FPGA 供应商的信誉，并为最终用户带来产品兼容性和可靠性方面的信心。
2. 生态系统开发和支持网络：HFM 标准成功的一个关键因素是建立一个强大的生态系统，包括培训材料、开发人员论坛和软件库。 这种支持性基础设施将使工程师能够在其项目中有效利用 FPGA SoM，从而进一步推动标准的采用。
3. 研发资金：随着 HFM 计划取得进展，我们可能会看到政府、研究机构和私人投资者对资助符合 HFM 标准的项目越来越感兴趣。 这些资金可以加速研发 (R&D)，将创新的 FPGA 应用更快地推向市场，尤其是在依赖高性能、可扩展和安全计算的领域。
4. 标准范围的潜在扩展：随着技术和 FPGA 功能的发展，有可能需要扩展 HFM 标准，以适应量子计算和光子集成等新兴技术。 通过现在建立一个灵活的标准，SGeT 可为未来增强奠定基础，从而将下一代硬件增强纳入 FPGA SoM 生态系统。

统一 FPGA 模块 (HFM) 标准不仅解决了当前行业面临的挑战，而且使得 FPGA 技术在快速发展的嵌入式计算领域中实现了持续增长、适应性和相关性。 该计划旨在通过标准化开发和协作，增强设计人员的能力，鼓励创新，并在广泛的应用领域加快产品上市速度。

为什么选择 iWave

iWave 凭借其广泛的 FPGA 产品组合和 SoC FPGA 平台，结合其雄厚的技术专长，能够让客户利用 AI、机器学习和边缘计算领域的最新进展来开发尖端产品。 通过与 iWave 合作，企业可以加快产品开发，降低风险，并在日益复杂的技术环境中保持竞争优势。

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