I chip della Silicon Valley per progetti ‘flessibili’

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 
Pubblicato il 19 gennaio 2011

Il connubio tra diverse categorie di processori e i field programmable gate array (Fpga) sta diventando sempre più forte. A rinsaldarlo attività come la ‘Embedded Initiative’, annunciata in anteprima da Altera in occasione dell’annuale Europress Tour, svoltosi lo scorso ottobre nella Silicon Valley, con l’organizzazione di Globalpress Connection e la partecipazione di oltre una decina di giornalisti del settore. L’iniziativa si propone di snellire il lavoro degli sviluppatori, accelerando l’integrazione delle logiche programmabili e dei processori nei sistemi embedded, per ottenere il meglio dei due mondi, utilizzando gli Fpga come ‘companion chips’. I trend di fondo che la motivano sono l’avanzata delle architetture multicore caratterizzate da efficienza energetica più critica, l’uso crescente degli Fpga nei sistemi embedded e l’emergere di più funzionalità embedded abilitate da queste logiche programmabili.

La demo di Altera su un’applicazione di videosorveglianza basata su Fpga

Di fronte a tale scenario, le esigenze degli utenti sono poter avere più combinazioni possibili di Cpu e acceleratori riconfigurabili, una progressiva riduzione dei costi Bom (Bill of materials), più opzioni nei sistemi operativi per le Cpu basate su Fpga e, anche, poter utilizzare un singolo processo di progettazione per i field programmable gate array, indirizzando una più ampia gamma di opzioni.

La Embedded Initiative si prefigge di soddisfare tali necessità, mettendo a disposizione degli sviluppatori un solo design flow, basato sul software Quartus II, complementato dagli strumenti d’integrazione system-level Qsys; da una libreria Ip comune per gli Fpga, e dai processori embedded Arm Cortex-A9 MPCore e Mips32 di Mips Technologies. Altera fornirà inoltre prodotti che integrano i sottosistemi processor-based Cortex-A9 con la tecnologia Fpga a 28 nm. La società ha precisato che darà maggiori dettagli nel 2011, periodo in cui rilascerà più offerte embedded. Altera sta inoltre allargando il proprio portafoglio di processori soft-core con il prodotto MP32 (basato sull’architettura Mips32), di cui prevede l’introduzione per l’inizio del 2011. MP32 costituirà un complemento dell’offerta di processori Nios II e della gamma di soft-cpu dei partner, disponibili per i dispositivi di Altera.

La flessibilità di progettazione per gli ingegneri viene aumentata anche dal fatto che il tool d’integrazione Qsys, parte del software di sviluppo Quartus II, introduce la tecnologia network-on-a-chip ottimizzata per Fpga. Ciò consente a Qsys di raddoppiare le prestazioni del tool Sopc Builder, e di supportare interfacce Ip industry-standard come Amba.
Un’altra opzione per gli sviluppatori, sempre nel quadro del processo d’integrazione fra processori e Fpga, è rappresentata dal sistema
Intel Stellarton, un processore Atom-based, costituito da un processore Intel Atom E600 combinato con un Fpga Altera su un unico package multi-chip. Tale package, sottolinea la società, aggiunge ulteriore flessibilità per gli utenti che desiderano incorporare I/O proprietari o tecnologie di accelerazione, abilitando i progettisti a differenziare i propri design e a integrare rapidamente i nuovi requisiti.

Videosorveglianza su Fpga
Nel mercato industriale, l’avanzata degli Fpga passa anche attraverso i sistemi di videosorveglianza, un’area che attualmente Altera sta indirizzando: qui, addirittura, queste logiche programmabili stanno migrando dal semplice ruolo di dispositivi ‘companion’ a quello di vere e proprie soluzioni SoC (System-on-a-chip) complete. L’applicazione mostrata da Michael Samuelian, direttore della business unit di Altera dedicata ai settori industrial e automotive, è infatti un reference design per la realizzazione di una telecamera Ip completa su Fpga. La potenza di quest’ultimo viene sfruttata per l’elaborazione dei grandi volumi di dati prodotti dalle moderne funzionalità di acquisizione delle immagini, basate sulla tecnologia Wdr (Wide dynamic range), in grado di catturare e visualizzare diverse esposizioni (chiare e scure) per ciascun frame del video. Ciò permette di ottenere immagini nitide anche in condizioni d’illuminazione non ideali per la telecamera.

In campo industriale, la capacità degli Fpga di supportare diversi protocolli (Ethernet, bus di campo, e così via) consente di gestire con maggior agilità e costi più bassi le reti di fabbrica, o di controllare con maggior precisione ed efficienza energetica i motori degli impianti. Anche qui, per ridurre i tempi di sviluppo dei progetti di networking nel settore industriale e fornire maggior flessibilità agli sviluppatori, Altera ha espanso l’Industrial Networking Partner Program (Inpp), potenziandolo con un sito Web di stile ‘one stop shop’, dove i progettisti possono accedere a tutta la proprietà intellettuale dei partner di Altera, e scegliere package di valutazione e soluzioni comprovate per il funzionamento con il kit Ink (Industrial networking kit) di Terasic.

La ‘filosofia’ Cssp
Fra i fornitori di semiconduttori che vogliono aiutare gli sviluppatori ad affrontare le sempre più difficili sfide della progettazione – specie in ambito consumer e mobile (tablet pc, smartbook, smartphone, prodotti mobile per le aziende, e così via), dove i requisiti da includere nei dispositivi variano in maniera molto dinamica – c’è chi ha scelto la strada di differenziarsi rispetto al paradigma degli Fpga. Come
QuickLogic, che dal suo quartier generale di Sunnyvale ha avuto un ruolo pionieristico nella realizzazione dell’approccio tecnologico Cssp (Customer specific standard product). Diverso dai paradigmi tradizionali, come la tecnologia Asic (Application-specific integrated circuit) o Assp (Application-specific standard product), e diverso anche alle implementazioni software processor-based e dalle tecnologie Cpld (Complex programmable logic device), il modello Cssp si fonda su blocchi di ‘hard logic’ contenenti le funzionalità e i requisiti base, comuni per tutti i dispositivi mobile. Tali blocchi sono però configurabili attraverso una componente (programmable fabric) che consente loro di assumere diverse ‘personalità’, integrando di volta in volta requisiti specifici grazie ai Proven system block (Psb), in grado d’indirizzare le diverse specifiche del mondo mobile in termini di connettività, prestazioni, storage o sottosistemi di I/O.

Andy Pease, presidente di QuickLogic, illustra il modello Cssp

All’Europress Tour, il presidente di QuickLogic, Andy Pease, presenta ufficialmente i prodotti della famiglia di Cssp ArcticLink II Cx, indirizzati alle applicazioni su tablet e smartphone orientate alla multimedialità, e sottolinea che la società è molto focalizzata sul mercato europeo. QuickLogic è attualmente impegnata con gli Oem e prevede di rilasciare i primi campioni dei dispositivi per il primo trimestre del 2011. Nella sostanza, l’architettura altamente integrata e personalizzabile di Arcticlink II Cx è ideata per consentire processi di ‘Usb sideloading’ – cioè il trasferimento via Usb di file fra un pc e un dispositivo mobile, ad esempio uno smartphone – estremamente rapidi, per migliorare l’esperienza degli utenti nella gestione dei voluminosi file video in alta definizione (Hd). Arcticlink II Cx dispone infatti di un sottosistema Cpu e di un supporto nativo per il Drm (Digital rights management), oltre che di un blocco Aes (Advanced encryption Sstandard) per la cifratura e protezione dei dati. L’esistenza nel chip di una sorta di co-processore in grado di bypassare la cpu dell’applicazione (quella del dispositivo) dà così la possibilità di alleviare il carico di elaborazione dei dati sul processore principale.

L’applicazione del chip ArcticLink II Cx su tablet pc

Software più agile
I vendor di soluzioni per i semiconduttori cercano di facilitare e alleggerire gli sforzi di ingegnerizzazione dei vari dispositivi elettronici, e di andare incontro alle esigenze dei progettisti e del mercato anche sul versante software. È il caso di Mentor Graphics, che proprio nel corso dell’Europress Tour ha annunciato la Inflexion Platform UI (User Interface) per Android. Si tratta di un toolkit di sviluppo completo, formato da un motore grafico e da uno strumento di creazione di interfacce utente, che permette agli sviluppatori di applicazioni Android di personalizzare rapidamente le interfacce grafiche dei vari dispositivi attraverso accattivanti effetti 2D e 3D utili per incrementare la differenziazione dei prodotti.

Un esempio di interfaccia grafica realizzabile con la piattaforma Inflexion di Mentor Graphics

Per molti Oem e Odm che sviluppano dispositivi basati su Android, spiega Glen Perry, general manager della Embedded Systems Division di Mentor Graphics, è molto importante poter personalizzare il ‘look and feel’ delle interfacce, per conquistare nuovi clienti e conservare i margini di guadagno: ma il problema è che, normalmente, fare ciò risulta molto costoso, perché l’unica opzione, con Android, è scrivere il codice. Ma programmare, anche solo per realizzare user interface non animate, richiede competenze, dettagliate conoscenze di vari aspetti tecnici (Api Open Gl/Es) e lunghi tempi di lavorazione. Il vantaggio di Inflexion è invece di consentire un ‘rebranding’ degli home screen di Android in una frazione del tempo (minuti invece di giorni, precisa Mentor) e di permettere la realizzazione di effetti grafici 3D (effetti di luce, rotazioni o zoom delle icone, riflessi, texture, e così via) senza la scrittura di codice, ma unicamente tramite operazioni di ‘drag and drop’ del mouse, per generare in automatico interfacce Java o integrare nuovo codice. Ciò è possibile grazie al fatto che i diversi team di sviluppo possono programmare l’interfaccia grafica in modo indipendente dal codice dell’applicazione. Di Inflexion, precisa Mentor, esistono versioni anche per i sistemi operativi Nucleus e Linux.

A Inflexion Mentor affianca anche la Embedded ReadyStart Platform, una soluzione ready-to-use composta da Ip e strumenti e servizi indirizzati a schede e SoC (System-on-chip) di ampia diffusione. I campi applicativi sono i settori che richiedono un footprint molto contenuto, elevate prestazioni, bassi consumi e ridotti tempi di sviluppo in aree come quella medicale, automotive, industriale o nei dispositivi di fascia consumer.

Circuiti analogici semplificati
Sempre meno aziende hanno esperienza nel mondo dell’elettronica analogica e l’attuale trend si esprime proprio nella capacità dei vendor di soluzioni di risolvere i problemi di progettazione di questo tipo di sottosistemi. Così almeno vede il settore
Linear Technology, che all’Europress Tour comincia col presentare in anteprima il buck-boost converter monolitico LTC3112, studiato per migliorare l’efficienza e fornire alle varie applicazioni una quantità extra di energia, senza complicare troppo la circuiteria del sistema. «Molti prodotti sul mercato ne hanno bisogno» tiene a sottolineare Tony Armstrong, direttore product marketing Power products. Specialmente nelle applicazioni che richiedono una tensione di uscita ben regolata, indipendentemente dal fatto che quella d’ingresso sia più alta, più bassa o di livello simile. Il chip, rilasciato in produzione lo scorso novembre, risulta adatto anche a molti utilizzi nei dispositivi ‘battery powered’, in cui si desidera ottenere una corrente di stand-by più bassa possibile, in modo da massimizzare la durata della batteria. Altro chip monolitico, sempre in produzione da novembre, è lo switching regulator step-down dual output LT3692. Progettato per gestire condizioni critiche come i picchi di tensione, è dotato di transient protection ed evita così la necessità di prevedere circuiteria esterna. Le sue applicazioni più indicate sono in campo automobilistico, medicale, industriale, nelle telecomunicazioni e in tutti quei sistemi elettronici dove il contenuto di circuiti cresce e, al contempo, deve fare i conti con requisiti di spazio sempre più stringenti e di efficienza energetica via via più elevata.

I chip LTC3112 (5) e LT3692 (6) di Linear Technology

Oscillatori monolitici, cresce l’affidabilità
Quelli della gamma IDT3C02 sono oscillatori monolitici basati su tecnologia standard Cmos (Complementary metal oxide semiconductor) e puntano a rimpiazzare i classici oscillatori al quarzo general-purpose in settori come le nuove interfacce di comunicazione (1 Gb Ethernet, Usb 3.0, Pci Express), lo storage o le applicazioni in campo medicale e industriale. La loro architettura programmabile è in grado di supportare svariate opzioni di configurazione, come ad esempio le diverse frequenze operative, per indirizzare una vasta gamma di applicazioni. Questi dispositivi, spiega Ted Tewksbury, presidente e amministratore delegato di
Idt, in un incontro nel corso dell’Europress Tour, son
o studiati per soddisfare requisiti sempre più stringenti in termini di form-factor. Inoltre consentono l’eliminazione dei costosi package ceramici, sostituendoli con analoghe strutture plastiche. L’assenza di parti in movimento – e quindi la maggior solidità intrinseca – permette di aumentare anche l’affidabilità, e in particolare la resistenza dei dispositivi agli shock vibrazionali.

L’oscillatore IDT3C02

Giorgio Fusari



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