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  • FPGAs

Wir lieben FPGAs!

Sie sind eine tragende Säule unserer Projekte, seit Solectrix 2005 gestartet wurde. Unser Entwicklungsteam bietet Jahrzehnte an Erfahrung mit ihnen und ähnlichen programmierbaren logischen Bauteilen wie CPLDs.

Unser Ziel ist es, die beste Performance aus Ihrem Systemaufbau zu holen, und wir tun uns hervor beim Implementieren von topmoderner FPGA-Technologie. Ob wir besonders komplexe Systemkonfigurationen realisieren oder extrem hohe Datendurchsatz-Anforderungen, wir freuen uns immer über eine Herausforderung – je anspruchsvoller ein Projekt, desto besser kommt unsere Expertise zur Geltung!

Da FPGAs nur ein Element jedes Systems sind, umfassen unsere Dienstleistungen auch Hardware-Design und Software-Integration. Wenn es das ist, das Ihr Projekt benötigt, übernehmen wir gerne die komplette Entwicklung von schlüsselfertigen Produkten, was für ideal aufeinander abgestimmte Systemkomponenten sorgt.

Unsere Leidenschaft für FPGAs ist Ihr Vorteil. Brauchen Sie eine Überarbeitung eines bereits implementierten FPGA-Designs? Oder benötigt Ihr neues Projekt die Leistung der allerneuesten FPGA-Modelle? Wir arbeiten eng mit den besten FPGA-Herstellern der Welt, so dass wir immer bereit sind, uns an Ihre individuellen Anforderungen anzupassen.

Digitale Signalverarbeitung (DSP)

Bildverarbeitung • Algorithmen-Design • Mess- und Regeltechnik

Mit ihrer immensen DSP-Bandbreite sind heute FPGAs die naheliegende Wahl, wenn große Datenmengen ohne Verzögerung verarbeitet werden müssen. Viele komplexe Verarbeitungsschritte können leicht innerhalb desselben Chips implementiert werden und die eintreffenden Daten parallel oder sequenziell abarbeiten.

Wir nutzen die enorme Rechenpower von FPGAs im Bereich der digitalen Bildverarbeitung, wo sie im Zeitalter von Ultra-HD-Formaten wie 4K und 8K sie nützlicher denn je ist. Anwendungen umfassen Color-Pipelines, Bildverbesserungsfunktionen und Echtzeit-Komprimierung für High-End-Kameras und Fahrerassistenzsysteme.

Zu unseren Projekten gehören auch komplexe Industrie- und Medizinsysteme, die auf die Vielseitigkeit und Flexibilität von FPGAs aufbauen. Ein Beispiel wären Laserscanner-Systeme, bei denen wir komplexe Algorithmen wie Fast-Fourier-Transformationen, digitale Filter, Vektorberechnungen und Scanfeld-Entzerrung als FPGA-IP-Cores implementiert haben.

Diese Laserscanner-Systeme sind auch ein exzellentes Beispiel für viele der Mess- und Regeltechniken, die wir via FPGAs realisiert haben. Darunter Überwachung von Temperatur, Druck, Leckage, Feuchtigkeit, Streulicht und diversen Spannungen und Strömen – zusätzlich zum Steuern der beweglichen Spiegel zur Laserstrahl-Lenkung und der Handhabung diverser Sicherheitsfunktionen.

High-Performance-I/O

High-Speed Serial Interfaces • PCI Express • Memory-Interfacing

Ihre immer leistungsfähigeren Transceiver machen FPGAs ideal für Anwendungen, die ultraschnelle Datenleitungen benötigen, sei es für Board-to-Board-Verbindungen innerhalb eines Systems oder für seine externen Schnittstellen.

Wir haben Board-to-Board-Verbindungen mit einer Performance von bis zu 75 Gbit/s implementiert. Dabei nutzen wir High-Speed Serielle Interfaces wie PCI Express® 3.x (bis zu 8 Gbit/s pro Lane), DXAUI (bis zu 6.25 Gbit/s pro Lane), CoaXPress (bis zu 6.25 Gbit/s pro einzelnem Kabel), SATA Rev. 3 (bis zu 6 Gbit/s pro Lane), HD- und 3G-SDI (Serial Digital Interface) und HiSPi™ (High-Speed Serial Pixel Interface).

Wenn es um platinen-interne Verbindungen geht, haben wir Memory-Interfacing voll im Griff. Unsere High-End-Designs für digitale Kameras nutzen DDR3-Speichercontroller, die als IP-Cores implementiert wurden. Und wir sind stets bereit für die nächste Generation!

Über die üblichen Industriestandards hinaus bieten unsere FPGA-Designs auch diverse High-Speed-Interfaces, die auf spezielle Sensoren zugeschnitten wurden. Wenn Sie etwa an einem Kamerasystem mit einem brandneuen Sensortyp arbeiten, können Sie sich uns die Anbindung überlassen. Ein Beispiel für eine maßgeschneiderte Anwendung ist unser High-Speed-Videostream-Framework auf Basis von PCI Express. Es kann verwendet werden zur Übertragung von hochqualitativen Bilddaten von einem Kamerasystem an einen angeschlossenen PC, der Teil eines bestehenden Industrie- oder Medizinsystems sein kann, das die Bilder weiterverarbeitet und auswertet. Das FPGA übernimmt die Datenübertragung zum Speicher des PCs via DMA (Direct Memory Access), ohne die CPU des PCs zu belasten.

Reliability

Funktionale Sicherheit • Industrielle Netzwerke • Hard-Real-Time-Systeme

FPGAs sind verlässliche Komponenten von unzähligen sicherheitskritischen Systemen, wo sie zum Erreichen von funktionaler Sicherheit beitragen. Beispiele sind die Überwachung von Komponenten oder das sicherstellen von Echtzeit-Reaktionen auf kritische Ereignisse wie das Verlassen eines definierten sicheren Zustands.

Wir haben Erfahrung mit sicherheitskritischen Anwendungen und den erhöhten Anforderungen an Datensicherheit und Latenz in industriellen Netzwerklösungen. Ein Beispiel ist ein maßgeschneidertes Netzwerk-Interface, das über den Einsatz von Precision Time Protocol (PTP) die Synchronisierung von Takten über ein System hinweg ermöglicht, mit einer Taktgenauigkeit im Nanosekundenbereich.

Eingebettet in unsere robusten Hardware-Designs sind FPGAs gut geeignet, um die Anforderungen an harte Echtzeit-Systeme zu erfüllen, die eine unmittelbare Antwort und deterministisches Verhalten benötigen. Beispiele wären Totmannschalter und diverse Watchdog-Implementierungen. Eine unserer Anwendungen bringt die Netzwerk- und Echtzeit-Aspekte zusammen und bietet einen kundenspezifischen Bus für Sensoren und Aktoren mit einem Echtzeit-Kanal für eine Not-Aus-Funktion.

Künstliche Intelligenz (KI)

KI-Modell-Design • Anwendungsentwicklung • Systemimplementierung

Durch ihre Fähigkeit zur Parallelverarbeitung sind FPGAs ideal für KI-Anwendungen. Sie ermöglichen die Analyse von einkommenden Echtzeitdaten auf vielfältige Art ohne jegliche Verzögerung.

Ist es ein Vogel? Ist es ein Flugzeug? Wahrscheinlich ist es ausnahmsweise mal nicht Superman, aber so oder so sollte eine gute Bildverarbeitungs-KI eine Unterscheidung treffen können. Nach dem sie durch den benötigten Lernprozess gegangen ist, wird sie unzählige Berechnungen durchführen, um eine ziemlich eindeutige Vorstellung davon zu erlangen, was in einem Bild zu sehen ist. Die so gewonnenen Daten können für Anwendungen wie Fahrerassistenzsysteme verwendet werden, wo Kameradaten ständig auf Fahrzeuge, Fußgänger, Verkehrsschilder und Straßenmarkierungen überprüft werden.

Diese Art von Datenanalyse verlangt nach viel Rechenpower, sodass während der Entwicklung des KI-Modells leistungsstarke Desktop-PCs mit High-End-GPUs die erste Wahl sind. Aber unterwegs, um beim Beispiel mit dem Fahrerassistenzsystem zu bleiben, sind der vorhandene Raum und die Leistung, die für die Hardware für diese Berechnungen verfügbar ist, sehr begrenzt. Hier haben FPGAs einen massiven Vorteil: Ihre Systemarchitektur ermöglicht die parallele Verarbeitung von vielen Bildanalyseaufgabe – alle davon implementiert auf einem winzigen Chip, der auf geringen Stromverbrauch hin entwickelt wurde.

Solectrix kann alle Schritte des KI-Entwicklungsprozesses für Sie übernehmen oder unterstützend agieren. Vom Aufsetzen einer Prototypen-KI für smarte Datenerfassung über die Leitung des maschinellen Lernens bis hin zur letztendlichen Kompilierung des optimierten KI-Modells auf ein FPGA, der Erstellung einer ergänzenden Embedded-Anwendung oder sogar des gesamten Embedded-Systems – wir sind hier, um Ihnen bei jedem Schritt zu helfen!

Mehr zur KI-Entwicklung

System-on-a-Chip (SoC)

Smart Vision • Rapid Application Development • High Density

Moderne FPGAs haben sich weiterentwickelt und sind mehr als bloß hochentwickelte Schaltelemente. Manche Modelle sind verfügbar als SoC-Version, bei der eine Hardware-CPU das Gesamtpaket ergänzt – Beispiele sind die leistungsstarken ARM-CPUs in FPGAs von Intel, Microchip und Xilinx.

Wir nutzen diese Mischung aus FPGA-Verarbeitungspower und CPU-Intelligenz in Smart-Vision-Anwendungen wie intelligenten Framegrabbing-Systemen, was Zugriff auf die Bilddaten mit geringer Latenz ermöglicht, zum Beispiel für Mustererkennung. Unsere Erfahrung mit Komplettsystemen stellt sicher, dass unsere FPGA-Designs und die Applikationssoftware für Ihr Projekt perfekt aufeinander abgestimmt sind.

Zwar nutzen die meisten alleinstehenden FPGA-Designs den etablierten Wishbone-Bus, aber wir haben auch ein AMBA-AXI-basiertes Framework für FPGAs mit ARM-CPUs entwickelt, das ultraschnelle Kommunikation zwischen der CPU, dem FPGA und dem DDR-Speicher ermöglicht. Seine Flexibilität macht es zu einer guten Wahl für Rapid Application Development.

Wir mögen den Komplettpaket-Ansatz von FPGAs mit SoC-Fähigkeiten und ihrem niedrigen Stromverbrauch, denn er macht sie ideal für unsere dicht bestückten Platinendesigns, wenn Platinenfläche und Raum für Kühlelemente knapp sind. Und durch die Nutzung von Standard-Busen wie CAN, I²C, SPI und 1-Wire, die gewöhnlich von der CPU-Komponente angeboten werden, können wir FPGA-Ressourcen für die spezifischen Verarbeitungs- und I/O-Anforderungen Ihres Projekts sparen.

Und wenn ein Hardware-CPU-Kern mal nicht verfügbar ist, haben wir Jahre an Erfahrung im Einsatz diverser Soft-CPUs in Form von FPGA-IP-Cores. So können wir Ihrem FPGA Intelligenz hinzufügen, ohne weitere Hardware ergänzen zu müssen.