FPGA如何讓工業(yè)4.0大放異彩

技術領域最熱門的話題之一就是工業(yè)4.0，它本質上是指將數(shù)字化、自動化和互連計算智能融入制造業(yè)。這背后的思路就是將云計算、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和人工智能（AI）的價值與功能相融合，從而在制造也和其他工業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)更智能、更可靠、更高效的運營。

工業(yè)4.0愿景的一個重要部分是創(chuàng)造智能互聯(lián)機器。幾十年來，在這類的環(huán)境中使用的大部分設備與外界交互的方式非常有限。物理旋鈕、儀表和其他簡單的視覺機制通常是了解設備當前狀態(tài)的唯一手段。隨著時間的推移，各個行業(yè)開發(fā)了一些簡單的連接和監(jiān)控形式，包括PLC（可編程邏輯控制器）和SCADA（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集），分別用于這些機器的硬件物理連接和軟件監(jiān)控。

隨著技術的發(fā)展以及對這些不同設備的需求不斷增長，許多工業(yè)系統(tǒng)現(xiàn)在集成了先進的計算引擎和多種類型的現(xiàn)代連接標準，包括工業(yè)以太網(wǎng)、Wi-Fi甚至5G。此外，人們越來越關注更加先進的軟件工具和應用，例如預測性維護、機器人自動化等等。

由于這些設備本身各不相同，專業(yè)化程度高，因此需要可以針對其功能進行定制的計算解決方案?，F(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）作為一種半導體芯片，可以編程從而執(zhí)行幾乎任何類型的計算功能，非常適合這些要求苛刻的設備和應用。

FPGA能幫助設備制造商創(chuàng)建計算引擎或協(xié)處理器，這些引擎或協(xié)處理器可以專門針對其需求進行優(yōu)化。而且，和專業(yè)應用的定制ASIC不同，F(xiàn)PGA擁有在系統(tǒng)部署后重新編程或更新的優(yōu)勢。這在特定機器的開發(fā)過程中非常重要，因為產(chǎn)品要求經(jīng)常會發(fā)生變化。此外，工業(yè)設備的產(chǎn)品壽命通常有幾十年（而不是幾年），因此更新現(xiàn)有機器以支持新標準或滿足不斷變化的技術需求至關重要。

FPGA的一個獨特功能就是它們能夠在連續(xù)的、時間敏感的事務中處理數(shù)據(jù)或執(zhí)行某些功能。這就是為什么它們經(jīng)常用于網(wǎng)絡連接、電信和其他類型的延遲敏感環(huán)境中，在這些環(huán)境中，穩(wěn)定、統(tǒng)一地完成某些功能至關重要。許多工業(yè)環(huán)境都有類似類型的需求，F(xiàn)PGA非常適合這些應用。

盡管FPGA性能強大、靈活且功能全面，但對于軟件開發(fā)人員來說，編寫FPGA上運行的應用可能比較困難。由于其獨特的架構，許多標準開發(fā)環(huán)境和編程工具并不適用于FPGA。為了解決這個問題，使用針對FPGA進行優(yōu)化的軟件工具至關重要。所以FPGA芯片廠商自己開發(fā)一些工具也就不足為奇了。

例如，萊迪思半導體已經(jīng)推出一系列軟件工具，可以設計FPGA芯片本身的獨特功能，還推出了在這些芯片上運行的軟件。直到最近，萊迪思還FPGA的重心還集中在萊迪思Nexus平臺的低功耗器件上。隨著全新萊迪思Avant平臺的推出，其業(yè)務范圍擴展到中端FPGA市場。此舉使公司能夠滿足工業(yè)領域、通信基礎設施、數(shù)據(jù)中心和汽車等市場的更多應用需求。新平臺將成為萊迪思FPGA新產(chǎn)品系列的基石。與同類競品芯片相比，Avant產(chǎn)品功耗降低2.5倍、性能高2倍、物理封裝尺寸小6倍，更適合滿足工業(yè)設備不斷增長的處理需求。

從軟件角度來看，萊迪思全新Avant FPGA系列可以使用萊迪思Radiant和萊迪思Propel工具進行芯片設計，以及萊迪思Automate、mVision、sensAI、Sentry和ORAN等眾多解決方案集合來實現(xiàn)工廠自動化、機器視覺、AI、安全和5G應用。這意味著在基于Nexus的設計中使用過這些工具的企業(yè)和開發(fā)人員可以將他們的經(jīng)驗用于新的Avant系列。因此，如果一家公司使用過萊迪思的Nexus器件來實現(xiàn)基于硬件的可信根或其他功能，但同時希望使用Avant FPGA來運行更高級的應用，那么這些萊迪思軟件工具的使用經(jīng)驗可以無縫銜接。

實現(xiàn)工業(yè)4.0愿景是一個長期目標，可以說現(xiàn)在仍處于起步階段。許多工業(yè)組織和設備供應商非常保守，采用先進技術方面進展緩慢，他們的應變速度也往往比一般市場慢得多。但很明顯很多企業(yè)都在啟動這一過程，希望尋找可以幫助他們實現(xiàn)運營現(xiàn)代化的創(chuàng)新解決方案。像萊迪思這樣的功能強大的FPGA，以及充分利用它們所需的基本軟件工具，在推動組織向前發(fā)展的過程中提供了得天獨厚的優(yōu)勢。

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