FPGA 시스템 설계에 FPGA SoM을 사용하는 이유

데이터 센터, 고성능 컴퓨터, 의료 영상, 정밀 레이아웃 추적, 특수 PCB 소재, 폼 팩터 제약, 열 관리와 같은 응용 분야의 확장과 함께 FPGA에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 과거 하드웨어 설계자는 특정 실리콘 장치를 골라 응용 분야에 맞게 완전히 맞춤화된 회로 기판을 개발하는 '칩 다운' 아키텍처를 선택했습니다. 이 접근 방식을 사용하면 고도로 최적화된 구현이 가능하지만, 생산 준비 상태에 도달하기까지 상당한 개발 시간과 비용이 필요합니다. 이제 설계 팀은 시간과 비용을 절약하기 위해 다중 칩 모듈(MCM), 시스템 인 패키지(SiP), 단일 기판 컴퓨터(SBC), 시스템 온 모듈(SoM)과 같은 통합된 솔루션을 고려하고 있습니다.

FPGA SoM 시장이 빠르게 확장되어, 더 많은 사용자가 FPGA 기반 플랫폼을 채택할 수 있게 되었습니다. 이러한 SoM은 적응형 아키텍처와 사용자 친화적인 설계로 다양한 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

FPGA 시스템 온 모듈 개요

FPGA SoM은 독립형 단일 기판 컴퓨터와 달리 더 큰 시스템에 통합되도록 설계된 콤팩트 컴퓨팅 모듈입니다. 이 모듈에는 고속 DDR 메모리, 플래시 스토리지, 전력 관리, 공통 인터페이스 컨트롤러, 기판 지원 패키지(BSP) 소프트웨어와 같은 필수 부품과 고속 트랜시버 블록 및 다중 통신 프로토콜(예: 이더넷, USB, PCIe) 지원이 포함되어 있습니다.

SoM 접근 방식에서는 사전 구축되고 테스트를 거친 모듈을 핵심 컴퓨팅 부품 및 소프트웨어와 함께 제공하고 개발 시간을 단축하고 비용을 절감하며 부품 소싱을 간소화함으로써 상당한 이점을 제공합니다. 이로 인해 R&D 팀이 회사의 특정 요구 사항에 집중할 수 있으므로 설계 주기를 예측 가능하고 비즈니스 성과를 개선할 수 있습니다. 또한 SoM은 확장성과 유연성을 제공하므로 전체 시스템을 점검하지 않고도 부품을 쉽게 업그레이드하거나 수정할 수 있습니다. 기업에서는 SoM을 활용하여 제품 출시 기간을 단축하고 설계 오류 위험을 줄이며 전반적인 효율성을 개선할 수 있으므로 다양한 고급 응용 분야에 매력적인 솔루션이 될 수 있습니다.

출시 시간

SoM 기반 접근 방식은 개발 시간을 크게 단축하여 출시 시간을 앞당길 수 있습니다. SoM은 iWave와 같은 제조업체에서 사전 테스트를 거쳐 승인 받았으므로 설계자는 오류를 줄이면서 이러한 모듈을 제품에 더 빠르게 통합할 수 있습니다. 이러한 사전 검증을 통해 모듈이 높은 수준의 신뢰성 및 성능 표준을 충족하므로 광범위한 사내 테스트 및 문제 해결이 필요하지 않습니다. 기업은 SoM을 활용하여 개발 주기를 간소화함으로써 설계 및 검증 공정에 소요되는 시간과 리소스를 줄일 수 있습니다(그림 1). 따라서 복잡한 시스템 통합에 얽매이지 않고 고유한 가치 제안과 핵심 역량에 집중할 수 있습니다. 또한 SoM의 모듈식 특성은 설계 공정에 유연성을 제공하여 개발 후반 단계에서도 중요한 재작업 없이 변경 및 조정할 수 있습니다.

그림 1: SoM을 사용하면 설계 시간을 크게 단축하여 출시 시간을 앞당길 수 있습니다. (이미지 출처: iWave)

개발 비용 및 복잡성

생산 준비가 완료된 검증된 SoM을 활용하면 FPGA 시스템 설계의 복잡성을 크게 줄일 수 있습니다. 사전 테스트를 거친 SoM을 제품 개발에 통합하여 기업은 하드웨어 설계 오류 및 호환성 문제와 관련된 위험을 완화할 수 있습니다. 이 접근 방식은 출시 시간을 단축할 뿐만 아니라 전체 개발 및 인증 비용도 절감합니다. SoM은 엄격한 전자파 적합성(EMC) 테스트와 다양한 환경 응력 테스트(예: 열 순환 및 노화)를 포함한 철저한 테스트 체계를 거칩니다. 이러한 테스트를 통해 모듈이 열악한 작동 조건을 견디면서 안정적인 성능을 유지할 수 있는지 확인하여 대규모 사내 테스트 및 검증 작업의 필요성을 최소화합니다.

제품 모듈화 및 확장성

FPGA 시스템 온 칩(SoC) 솔루션에 SoM 기반 접근 방식을 채택할 때의 주요 이점 중 하나는 모듈성과 확장성이 향상된다는 것입니다. SoM은 광범위한 FPGA 논리 밀도, I/O 구성 및 트랜시버 기능을 지원하도록 설계되었습니다. 이러한 유연성 덕분에 제품 설계자는 전체 하드웨어 아키텍처를 다시 설계할 필요 없이 특정 응용 분야 요구 사항에 맞는 적절한 SoM을 선택할 수 있습니다. 예를 들어 단일 캐리어 기판 아키텍처는 기본 기능을 갖춘 소형 FPGA부터 고급 처리 기능을 갖춘 크고 복잡한 FPGA까지 다양한 SoM 구성을 수용할 수 있습니다. 이러한 모듈성으로 설계의 원활한 확장성과 미래 대비가 용이해져 시장의 요구 변화에 따라 최신 FPGA 세대 또는 추가 기능으로 쉽게 업그레이드할 수 있습니다.

그림 2: FPGA SoC는 향상된 모듈성 및 확장성을 제공합니다. (이미지 출처: iWave)

공급망 및 제품 수명 주기 관리

FPGA 기반 시스템의 공급망 관리에는 다양한 공급업체로부터 공급받는 수많은 부품을 조정하는 작업이 포함됩니다. SoM 중심 접근 방식에서는 조달 및 공급망 관리 책임을 SoM 공급업체(예: iWave)와 통합하여 이러한 복잡성을 간소화합니다. 이러한 공급업체는 주요 부품 공급업체와 전략적 관계를 유지하고 사전 예측 기술을 사용하여 일관된 공급 가용성과 경쟁력 있는 가격을 보장합니다. 이러한 사전 예방적 관리는 리드 타임을 줄이고 조달 위험을 최소화하며 재고 관리를 최적화하여 궁극적으로 기업의 비용 절감과 운영 효율성에 기여합니다.

그림 3: SoM 중심 접근 방식에서는 조달 및 공급망 관리 책임을 통합하여 복잡성을 간소화합니다. (이미지 출처: iWave)

효과적인 제품 수명 주기 관리(PLM)는 FPGA 기반 제품의 수명과 경쟁력을 유지하는 데 매우 중요합니다. SoM 공급업체는 부품의 노후화와 시장 동향을 지속적으로 모니터링하여 이러한 측면에서 중추적인 역할을 합니다. SoM 설계 및 소프트웨어 패키지를 사전에 업데이트하여 새로운 기능, 개선 사항 및 보안 패치를 통합합니다. 이러한 사전 예방적 접근 방식에서는 부품 생산 종료(EOL) 발표와 관련된 위험을 완화하여 원활한 제품 연속성을 보장하고 고객의 운영 중단을 최소화합니다. PLM 책임을 SoM 공급업체에 위탁하면 기업은 공급망 역학을 관리하고 제품 수명 주기 위험을 완화하는 일 대신 혁신과 핵심 역량에 내부 리소스를 집중할 수 있습니다.

소프트웨어 개발자를 위한 이점

SoM을 사용하면 FPGA 기반 시스템의 소프트웨어 개발을 간소화하고 가속할 수 있습니다. SoM에는 사전 검증된 기판 지지대 패키지(BSP)와 참조 설계가 탑재되어 있으므로 안정적이고 표준화된 소프트웨어 개발 환경을 제공합니다. 개발자는 이러한 리소스를 활용하여 다양한 하드웨어 구성에 맞게 소프트웨어를 조정하는 복잡한 과정 없이 응용 소프트웨어를 신속하게 개발할 수 있습니다. 이 접근 방식을 사용하면 개발 주기를 단축할 뿐만 아니라 소프트웨어 신뢰성과 호환성을 향상해 개발자가 응용 제품의 성능과 기능을 최적화하는 데 집중할 수 있습니다.

iWave는 AMD, Altera, Achronix와 같은 주요 FPGA 공급업체와 협력하여 다양하고 포괄적인 SoM 포트폴리오를 제공합니다. 이 파트너십을 통해 iWave는 최첨단 FPGA 기술에 대한 조기 액세스를 확보하여 응용 분야의 다양한 요구 사항에 맞는 광범위한 SoM 및 상업용 기성품(COTS) 모듈을 개발할 수 있습니다. 예를 들어 AMD의 Zynq UltraScale+ 계열에서 iWave는 iW-RainboW-G35M, iW-RainboW-G30M, iW-RainboW-G47M 등 다양한 옵션을 제공하며, 여러 성능 요구 사항에 적합한 각기 다른 구성을 제공합니다. 마찬가지로, iWave는 Altera 및 Achronix와 함께 iW-RainboW-G58M Agilex 5 SoC FPGA, iW-RainboW-G64M Speedster7T SoM과 같은 SoM을 제공하여 다양한 FPGA 플랫폼에 대응할 수 있는 역량을 보여줍니다.

결론

iWave는 SoM 포트폴리오 외에도 캐리어 기판 설계, FPGA IP 개발, 이식, 맞춤화, Linux 및 기판 지지대 패키지(BSP) 이식, 인증, 기계 설계 등 다양한 FPGA 설계 서비스를 통해 고객을 지원합니다. 1999년 설립 이래로 iWave는 산업, 의료, 자동차, 항공 전자 기기 등과 같은 산업에 전문적인 내장형 시스템 엔지니어링 서비스를 제공하고 있습니다. 또한 FPGA 및 SoC FPGA 기술에 대한 광범위한 전문 지식을 활용하여 엄격한 산업 표준을 충족하는 강력한 솔루션을 제공하고 글로벌 고객을 위한 원활한 제품 개발을 지원합니다.