مدونة الشركة حول LIFCL-40-9BG400I لاتيس كروسلينك -NX مدمج FPGA مع 2.5G MIPI D-PHY

شركة شنتشن مينغجيا دا للإلكترونيات المحدودة تقوم بتوريد وإعادة تدوير LIFCL-40-9BG400I، وهو جهاز FPGA مدمج من Lattice CrossLink-NX، مزود بواجهة MIPI D-PHY بسرعة 2.5 جيجابت في الثانية.

يتم تغليف جهاز LIFCL-40-9BG400I هو جهاز أساسي FPGA مدمج عالي الأداء ومنخفض الطاقة من سلسلة CrossLink-NX من Lattice Semiconductor، مصمم خصيصًا لمعالجة إشارات الرؤية المدمجة الطرفية، ونقل بيانات الصور عالية السرعة، وتجميع إشارات المستشعرات، وتطبيقات الاستدلال الخفيف للذكاء الاصطناعي الطرفي. تم تصنيعه باستخدام منصة عملية FD-SOI المتقدمة من Lattice بدقة 28 نانومتر، ويوازن هذا الجهاز بشكل مثالي بين التغليف المدمج، واستهلاك الطاقة التشغيلي المنخفض للغاية، وقدرات التكوين الفوري فائقة السرعة، والاستقرار التشغيلي الموثوق به من الدرجة الصناعية. يأتي الجهاز الأساسي مزودًا بوحدة إرسال واستقبال MIPI D-PHY مدمجة بسرعة 2.5 جيجابت في الثانية، مما يجعله شريحة منطق قابلة للبرمجة مفضلة للرؤية الصناعية المدمجة، والاستشعار الذكي في المركبات، والتوصيل البيني للصور عالية الدقة في الإلكترونيات الاستهلاكية، وتحويل الإشارات في المحطات الطرفية الذكية الطرفية. يلبي هذا الجهاز بدقة متطلبات النواة المزدوجة لنقل البيانات التسلسلية عالية السرعة والتحكم المنطقي في الوقت الفعلي في سيناريوهات مدمجة مختلفة ومتطلبة.

أولاً. عملية أساسية وهيكلية الأجهزة الأساسية لـ LIFCL-40-9BG400I

تم بناء FPGA المدمج LIFCL-40-9BG400I على عملية FD-SOI مخصصة بدقة 28 نانومتر. مقارنة بعملية السيليكون السائبة المستخدمة في FPGAs التقليدية، فإنه يتميز بقدرات قابلة للبرمجة لضبط انحياز التغذية الراجعة. هذا يسمح بالتحسين الديناميكي والدقيق لنسب أداء الجهاز واستهلاك الطاقة بناءً على متطلبات عبء العمل المدمج الفعلي، مما يتيح وضع الاستعداد منخفض الطاقة تحت الأحمال الخفيفة، والتشغيل عالي الأداء تحت الأحمال الثقيلة. كما أنه يتميز بمقاومة استثنائية للأخطاء الناعمة ضمن فئته من FPGAs، مع موثوقية تتجاوز المنافسين المماثلين بأكثر من مائة مرة. يوفر استقرارًا استثنائيًا أثناء التشغيل المستمر طويل الأمد وهو مناسب تمامًا لبيئات العمل القاسية مثل المواقع الصناعية وتطبيقات السيارات، حيث يكون التداخل الكهرومغناطيسي وتقلبات درجات الحرارة كبيرة.

من حيث تكوين موارد المنطق الأساسية، فإن جهاز LIFCL-40-9BG400I مزود بحوالي 39 ألف وحدة معالجة منطقية، وهو ما يكفي لدعم التحكم المعقد في توقيت المنطق المدمج، وترميز وفك ترميز بيانات الإشارة متعددة القنوات، والمعالجة المسبقة لبيانات الصور، ونشر خوارزميات الاستدلال الخفيفة للذكاء الاصطناعي الطرفي؛ يتميز بـ 2.9 ميجابايت من موارد الذاكرة المدمجة عالية السعة، والتي تتكون من مزيج من وحدات EBR و LRAM. هذا يلغي الحاجة إلى شرائح ذاكرة خارجية عالية السعة، مما يتيح تخزين إطارات الصور الهامة مؤقتًا، وتخزين بيانات التكوين، والتخزين المؤقت للبيانات الوسيطة للحسابات في الوقت الفعلي. هذا يبسط تصميم الدوائر الطرفية للمحطات الطرفية المدمجة، ويقلل من استهلاك الطاقة الإجمالي ومتطلبات مساحة لوحة الدوائر المطبوعة. كما أنه يدمج 56 مضاعفًا عالي الأداء بحجم 18 × 18، مما يوفر تسريعًا للأجهزة للعمليات المكثفة على الأرقام العشرية والضرب مثل تغيير حجم الصور، والمعالجة المسبقة للبكسل، وعمليات مصفوفة الذكاء الاصطناعي، مما يعزز بشكل كبير الأداء في الوقت الفعلي لمعالجة بيانات الرؤية المدمجة.

يتم تغليف جهاز LIFCL-40-9BG400I في عبوة تثبيت سطح مصغرة من نوع 400 سن CABGA مع تخطيط سن منظم علميًا، مما يجعله مناسبًا لتوجيه لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة في الأجهزة المدمجة المدمجة؛ يعمل بجهد إمداد أساسي قياسي 1 فولت، ويضمن هيكل إمداد الطاقة الطرفي البسيط توافقه مع وحدات الطاقة التقليدية في أنظمة مدمجة مختلفة. يعمل الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة الصناعية، مما يضمن أداءً مستمرًا ومستقرًا في بيئة درجات حرارة واسعة من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. يتحمل درجات الحرارة القصوى العالية والمنخفضة الموجودة في المعدات الخارجية، وخزائن التحكم الصناعية، والمقصورات الداخلية والخارجية للمركبات، ويعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع دون تدهور في الأداء أو مشاكل تشغيلية.

ثانياً. الميزات الرئيسية للنواة LIFCL-40-9BG400I مع MIPI D-PHY القياسي بسرعة 2.5 جيجابت في الثانية

تكمن الميزة الأكثر تميزًا لجهاز LIFCL-40-9BG400I في تكامله الأصلي لوحدة إرسال واستقبال MIPI D-PHY مدمجة بسرعة 2.5 جيجابت في الثانية. تم تحسين هذه الأجهزة خصيصًا لسيناريوهات تبادل بيانات الصور عالية السرعة، مثل التقاط صور كاميرا MIPI CSI-2 وقيادة شاشات العرض عالية الدقة MIPI DSI، مما يلغي الحاجة إلى شرائح واجهة PHY خارجية. يتعامل بشكل أصلي مع نقل واستقبال وتحليل وإعادة توجيه إشارات الصور التسلسلية عالية السرعة، مما يبسط بشكل كبير الهيكل المادي لأنظمة الرؤية المدمجة، ويقلل من خسائر سلسلة الإشارة ونقاط فشل الأجهزة الطرفية، ويعزز استقرار نقل الإشارة العام.

تستخدم نواة MIPI D-PHY هذه بنية أجهزة مزدوجة القناة، رباعية القنوات. تدعم كل نواة PHY معدل نقل بيانات عالي السرعة بحد أقصى 2.5 جيجابت في الثانية لكل قناة؛ عند تشغيل قنوات متعددة معًا، يمكنها بسهولة تلبية متطلبات التقاط الصور ونقلها في الوقت الفعلي من كاميرات عالية الدقة بدقة 1080p و 2K، بالإضافة إلى متطلبات قيادة الإشارة لألواح العرض عالية الدقة ذات معدل التحديث العالي. تتميز وحدة PHY بمعايرة توقيت الإشارة على مستوى الأجهزة ومقاومة محسنة لتداخل الإشارات التفاضلية. في بيئات التشغيل الكهرومغناطيسية المعقدة النموذجية للأجهزة المدمجة، فإنها تقمع بفعالية توهين الإشارة، وتحولات التوقيت، وفقدان حزم البيانات أثناء النقل، مما يضمن نقلًا ثنائي الاتجاه عالي السرعة وغير مفقود ومنخفض الكمون لبيانات الصور عالية الدقة. مقارنة بالحلول التقليدية التي تستخدم شرائح واجهة MIPI خارجية مع FPGAs، فإن بنية D-PHY المدمجة تقلل بشكل كبير من كمون الارتباط. لا تتطلب أي فك تشفير أو تكييف منطقي إضافي، ويتم إكمال تهيئة ارتباط الإشارة بسرعة عند التشغيل، مما يلبي تمامًا المتطلب الأساسي لمعالجة الصور ذات الكمون المنخفض في أجهزة الرؤية المدمجة.

علاوة على ذلك، تدعم نواة MIPI D-PHY تكوينًا مرنًا للإشارة وتوسيعًا، مما يتيح تجميع وتقسيم وتكرار وجسر إشارات صور MIPI متعددة. يمكنها التقاط بيانات الصور متعددة القنوات من كاميرات عالية الدقة متعددة في وقت واحد للتجميع والمعالجة المسبقة في الوقت الفعلي، أو توزيع إشارة صورة عالية الدقة واحدة إلى محطات عرض متعددة. مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الرؤية المدمجة المتنوعة مثل الاستحواذ المتزامن متعدد الكاميرات، والعرض المتزامن متعدد الشاشات، وتقسيم ونسخ احتياطي لإشارات الصور. إنها توفر مرونة قابلة للبرمجة عالية للغاية، ولا تتطلب تغييرات في الدوائر المادية؛ يمكن تلبية متطلبات طوبولوجيا نقل الصور المختلفة فقط من خلال برمجة منطق FPGA.

ثالثاً. مزايا الأداء المتمايزة الأساسية لجهاز LIFCL-40-9BG400I

أولاً، يتميز جهاز LIFCL-40-9BG400I بقدرات تكوين فوري فائقة السرعة، وهي نقطة رئيسية لسيناريوهات بدء التشغيل في الوقت الفعلي المدمجة. يكمل جهاز FPGA هذا تكوين الإدخال/الإخراج في 3 مللي ثانية فقط، مع استكمال تكوين الجهاز بالكامل في 8 مللي ثانية كحد أقصى. يتم الانتهاء من التهيئة وتحميل المنطق في غضون مللي ثانية من التشغيل، مما يلغي الحاجة إلى فترات إحماء طويلة. إنه مناسب تمامًا للتطبيقات ذات متطلبات كمون بدء التشغيل الصارمة، مثل أنظمة السيارات التي تعمل بـ "ابدأ وتشغيل"، وإعادة الضبط السريع للطاقة للمعدات الصناعية، والاستيقاظ الفوري للمحطات الطرفية المدمجة المحمولة، وبالتالي يلغي التأخير التشغيلي الناجم عن تأخير بدء التشغيل النموذجي لـ FPGAs التقليدية.

ثانياً، يجمع جهاز LIFCL-40-9BG400I بين استهلاك الطاقة المنخفض والموثوقية العالية، مما يجعله مناسبًا للأجهزة المدمجة السلبية التي تعمل بالبطارية والأجهزة التي تعمل لفترات طويلة دون مراقبة. تم بناء الشريحة على عملية FD-SOI بدقة 28 نانومتر، ويعد استهلاك الطاقة في وضع الاستعداد الثابت والتشغيل الديناميكي من بين الأدنى في الصناعة. لا يتطلب وحدات تبريد معقدة، حيث يكفي الحمل الحراري الطبيعي لتلبية متطلبات التشغيل المستمر المطول، مما يجعله مناسبًا للسيناريوهات الحساسة للطاقة مثل محطات الرؤية الطرفية المحمولة لإنترنت الأشياء ومعدات المراقبة الخارجية التي تعمل بالبطارية؛ علاوة على ذلك، يوفر الجهاز مقاومة ممتازة للإشعاع والأخطاء الناعمة، مما يضمن أداءً منطقيًا مستقرًا أثناء التشغيل طويل الأمد دون أخطاء مثل تعطل البرامج أو اضطرابات المنطق، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات عالية الموثوقية بما في ذلك الأتمتة الصناعية، والنقل بالسكك الحديدية، وأنظمة التحكم الصناعية في المركبات.

ثالثاً، يوفر جهاز LIFCL-40-9BG400I توافقًا استثنائيًا للواجهة، مما يسهل التوصيل البيني مع مجموعة واسعة من الأجهزة الطرفية المدمجة. بالإضافة إلى واجهة MIPI D-PHY الأساسية، تدعم الشريحة أصلاً واجهات LVDS و subLVDS و OpenLDI و SGMII وغيرها من واجهات الصناعة والشاشات عالية السرعة الرئيسية، مما يتيح جسرًا وتحويلًا سلسًا بين بروتوكولات MIPI و LVDS و Ethernet و SGMII. هذا يكسر حواجز التفاعل بين الكاميرات ووحدات معالجة FPGA ومحطات العرض ومعالجات التحكم الطرفية، مما يسهل التصميم المتكامل للأنظمة المدمجة غير المتجانسة متعددة البروتوكولات. علاوة على ذلك، يتم إرفاق الجهاز ببرنامج تطوير FPGA الاحترافي Lattice Radiant، والذي يبسط عملية التطوير والتصحيح. يدعم الترجمة السريعة للمنطق، ومحاكاة التوقيت، والبرمجة داخل الدائرة، مما يقلل بشكل كبير من دورة تكرار البحث والتطوير لمنتجات الرؤية المدمجة مع خفض حواجز التطوير وتكاليف البحث والتطوير.

رابعاً. سيناريوهات التطبيق الأساسية المدمجة النموذجية لـ LIFCL-40-9BG400I

1. الرؤية الصناعية المدمجة والتحكم الصناعي: يمكن أن يعمل كوحدة معالجة أساسية لمعدات فحص الرؤية الصناعية عالية الدقة. من خلال IP أساسي MIPI D-PHY بسرعة 2.5 جيجابت في الثانية، يتصل بكاميرات المسح المساحي والمسح الخطي الصناعية عالية الدقة لإجراء الكشف في الوقت الفعلي عن عيوب سطح قطعة العمل، وقياس الأبعاد، والمعالجة المسبقة للصور. يتصل بشكل متزامن مع اللوحات الأم للتحكم الصناعي ولوحات العرض الصناعية لتحقيق الإدارة المتكاملة لاكتساب الصور، والمعالجة في الوقت الفعلي، والعرض المحلي للنتائج، وتحميل البيانات، مما يجعله مناسبًا لسيناريوهات مثل فحص الجودة الآلي على خطوط الإنتاج الصناعية ومراقبة التشغيل والصيانة المرئية للمعدات الصناعية.

2. الاستشعار الذكي في المركبات وتطبيقات شاشات قمرة القيادة: مصمم لكاميرات الإدراك الأمامية ADAS في المركبات وأنظمة الرؤية المحيطية المتزامنة متعددة الكاميرات، ينقل تدفقات متعددة من بيانات الفيديو في المركبات في الوقت الفعلي عبر واجهات MIPI عالية السرعة. يقوم بمهام المعالجة المسبقة مثل تجميع الصور وتصحيح التشوه، بينما يقود في نفس الوقت إشارات العرض MIPI لمجموعات الأدوات الداخلية عالية الدقة وشاشات التحكم المركزية. يلبي متطلبات التشغيل المستقر تحت تقلبات درجات الحرارة القاسية والبيئات الكهرومغناطيسية النموذجية لتطبيقات السيارات، مما يضمن التشغيل الآمن والموثوق لأنظمة الرؤية في المركبات.

3. محطة رؤية الذكاء الاصطناعي الخفيفة المدمجة الطرفية: بالاستفادة من المضاعفات المدمجة وموارد المنطق، ينشر هذا الحل خوارزميات استدلال الذكاء الاصطناعي الخفيفة للتعرف على الصور واكتشاف الكائنات. بالاقتران مع MIPI D-PHY بسرعة 2.5 جيجابت في الثانية، فإنه يتيح التقاط الصور في الوقت الفعلي من كاميرات المحطة الطرفية المحلية وإجراء تحليل الاستدلال للذكاء الاصطناعي محليًا. بدون الحاجة إلى قوة حوسبة سحابية، فإنه يحقق التعرف الذكي المحلي دون اتصال بالإنترنت، مما يجعله مناسبًا لسيناريوهات الذكاء الاصطناعي الطرفي المدمجة الخفيفة مثل المراقبة الأمنية الذكية، والاستشعار المرئي للمنزل الذكي، ومحطات استشعار إنترنت الأشياء الذكية الطرفية.