FPGA instrumentiem: kādi lietotāji ir jāzina par to ieguvumiem - un kā izvairīties no iespējamām briesmām (1. daļa)

Guilliano A I Alleyne Testing Karatbars 1 gr gold 2016 Guilliano A I Alleyne (Jūnijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Ekskluzīva intervija ar Keysight Technologies viceprezidentu Marku Pierpointu

RICHARD COMERFORD
Iesaistošais redaktors

Man nesen tika dota iespēja runāt ar Keysight interneta infrastruktūras risinājumu komandas viceprezidentu un galveno vadītāju Marku Pierpoitu par FPGA ietekmi uz instrumentu izstrādi un to, ko tas nozīmē instrumentu lietotājiem. Markas grupa pamatā koncentrējas uz visu, kas atrodas tīkla infrastruktūrā: starp piekļuves saskarnēm tīklā - parasti bezvadu, bet arī vadu - visu ceļu uz datu centru.

Marka vēsture ievērojami kvalificē viņu, lai apspriestu šo tēmu. Keysight / Agilent / HP darbinieks 28 gadus, Marka fons ir RF un mikroviļņu inženierija; viņam ir doktora grāds nelineārajā dizainā. Gadu gaitā Marks, iespējams, ir sedzis gandrīz visu darbu Keysight vietā, izņemot tiešo ražošanu. Viņš pagātnē ir mācījis programmatūras izstrādi un ir ievērojami sekojis FPGA attīstībai, uzmanīgi pievēršot uzmanību tam, kā Keysight šodien tos izmanto savos izstrādājumos un kā viņi plāno tos izmantot turpmākajos produktos.

Mark Pieputs, Keysight interneta infrastruktūras risinājumu grupas viceprezidents un galvenais vadītājs.
Richard Comerford : sāksim runāt par to, kā jūs izmantojat FPGA, lai uzlabotu dažādus instrumentus. Tā kā FPGA un digitālie pārveidotāji tiek izmantoti jūsu dizainparaugos, es gribēju pieskarties jo īpaši moduļu, PXI, AXIE tipa instalācijām un M9420A VXT. Tātad, kā jūs izmantojat FPGA instrumentu dizainā?

M9420A VXT.

Mark Pierpoint: es nedomāju, ka mums ir kāds instruments, kuru mēs šodien piegādājam, kam tajā nav FPGA. Kā jūs droši vien zināt, FPGA patiešām bija priekšplānā, kad Xilinx tika izveidots 1984. gadā. Es uzskatu, ka pašā sākumā mēs izstrādājām FPGA mūsu izstrādājumos. Daži no agrākajiem tiem, kas tos izmantoja, iekļāva produktu, ko sauc par Frequency Agile Signal Simulator, no HP Stanford Park Division Palo Alto Bay Area, un tas tika laists tirgū vēlu deviņdesmito gadu beigās. Visbeidzot, es zinu, ka tajā ir vairāk nekā 20 dažādas FPGA. Šodien mēs esam to patiešām paplašinājuši, un es nevaru domāt par kādu instrumentu, kam nav vismaz kāda sava veida vai formas.

Jūs droši vien uzdosit dažus jautājumus par to, kādas funkcionalitātes tās nodrošina, kāpēc tās tiek izmantotas un tā tālāk. Ļoti agri, FPGA sāka darboties kā programmējamās loģiskās ierīces. Tie ļāva mums noņemt loģiskās atslēgas pamatfunkcijas un tos savākt kopā. Tas ir viens no iemesliem, kāpēc mēs izmantojam FPGA - tie ir ļoti efektīvs veids, kā kopā apkopot visu nepieciešamo loģiku. Tas ir saistīts ar aparatūras aktivizēšanu, sinhronizāciju, aparatūras reāllaika saskaņošanu un tā tālāk.

Otrs galvenais iemesls, kas patiešām sāka parādīties - 90. gadu vidū, bija tas, ka FPGA vajadzēja būt lielākam, cilvēki sāka domāt par to izmantošanu digitālā signāla apstrādei un uzņemšanu no analogās uz ciparu pārveidotājiem vai digitālo viļņu forma, kas jāpārveido par analogo. Tas pamazām pārsniedza 2000. gada sākuma punktu. Tolaik viens no izaicinājumiem bija tas, ka FPGA nebija pietiekami spēcīgi, lai to izdarītu pēc vēlamā ātruma. Tas mainījās ar FPGA, kas bija pieejami starp Xilinx vai Altera 2008.-2010. Gada laika posmā, diapazonā, kad viņi pārcēlās uz mazākiem pusvadītāju procesa punktiem, protams, zemāk par 14 nanometriem; šo spēks un elastība patiešām bija solis uz augšu.

Mūsdienās mēs joprojām izmantojam FPGA ne tikai DSP (lai gan tās joprojām nevar konkurēt ar vislabākajām ASIC tehnoloģijām, tās, iespējams, izseko ASIC pēc pieciem līdz septiņiem gadiem, bet acīmredzot ieguldījums ASIC veidošanā ir daudz augstāks nekā tas ir veiciet FPGA), bet citā galvenā jomā. Viņi ir paveikuši ļoti jauku darbu, integrējot ātros uztvērējus uz FPGA. FPGA tagad ir daļa no mūsu produktu signāla plūsmas cauruļvadiem un ļauj ļoti ātri pārvietot datus no dažām diezgan sarežģītām sistēmām.

Comerford : arhitektūrā jūs segmentējat funkcijas dažādās FPGAs vai arī viena FPGA izpildīs daudzas no šīm funkcijām?

Pierpoint : es domāju, ka ir skaidrs nodalījums, daļēji pateicoties izmaksām. Kad jūs nokļūsiet uz FPGA, kam ir ātrgaitas uztvērējs, un jūs varētu runāt par desmitiem gigabaiti sekundē, tad šīs ierīces ir diezgan dārgas. Tie ir tūkstošiem dolāru par daļu. Tas, ko jūs patiešām pārdodat, ir izmaksas salīdzinājumā ar elastīgumu, ko FPGA piedāvā jums. Logikai un sinhronizācijai un aktivizēšanas vietām jūs parasti varat izmantot daudz zemākas cenas FPGA. Acīmredzams ir fakts, ka parasti mēs šo funkcionalitāti nošķiram. Protams, joprojām ir jāsinhronizē un jāsāk darboties dažās no šīm signāla ceļu zonām. Sarežģītāks FPGA varēs to izdarīt, bet, piemēram, ja mums ir nepieciešama tikai sinhronizācija, varat izmantot daudz zemākas izmaksas.

Comerford : Kad esat ieprogrammējis FPGA un esat pievienojis savu funkcionalitāti, es uzskatu, ka šī funkcija ir atslēga instrumenta darbībai; tas nozīmē, mainot to, dramatiski mainīs instrumenta darbību vai, iespējams, to sabojās.

Pierpoint : Jā, absolūti. Varbūt ir vērts uzzināt īsu segumu (un tas varētu būt virziens, par kuru jūs varētu vēlēties runāt ar Altera vai Xilinx), jo, tā kā FPGA funkcionalitāte pēdējā desmitgadē ir pieaudzis, ir diezgan skaidrs, ka tiem ir tādas pašas problēmas ASIC pasaule ir cīnījusies ar ilgu laiku, kas ir plaisa starp to, ko var izdarīt ar ASIC vai FPGA un ko jūs faktiski var darīt ar pieejamajiem programmatūras rīkiem. Pastāv tā dēvētais "dizaina trūkums", kas pastāv starp rīku spēju un pašas ierīces spēju kā neapstrādātu ierīci. Parasti cilvēki parasti uzskata, ka, ja jūs spiežat aploksni par to, ko jūs varat darīt konkrētā FPGA, vai arī jūs to aizpilda, lai sasniegtu tās jaudu, ir neticami grūti vai pat neiespējami panākt dažas lietas, piemēram, laika ierobežošana, piemēram, vai faktiskā caurlaidspēja vai sistēmas stabilitāte, kuru jūs mēģināt salikt.

Mēs arī redzam, ka daudzi mūsu klienti cīnās ar to. Būtībā viens no lielākajiem iemesliem, kāpēc kāds pētniecības un izstrādes projekts novirzās, šodien ir šī plaisa, it īpaši, ja jūs mēģināt veikt vairākus FPGA projektus. Jums ir dažas apstrādes iespējas, kas sadalītas starp FPGA - ļoti sarežģīta dizaina problēma. Es zinu par projektiem, kas būtībā dubultojās, jo viņi nevarēja iegūt dizainu, lai faktiski noslēgtu un darbotos, kā plānots, lai gan uz papīra, protams, mikroshēma to varēja darīt.

Es domāju, ka, aplūkojot dažus no esošajiem grafiskajiem instrumentiem, mūsdienās ir bifurkācija attiecībā uz metodēm, ko izmanto, lai programmētu FPGA. Ir cilvēki, kuri mēģina to izdarīt augstāka līmeņa programmatūras pieejā, vairāk - es izmantošu terminu ļoti vispārīgā nozīmē, bet - programmējot C līmenī un pēc tam no C līdz vārtiem. Ir bijuši dažādi uzņēmumi, kuri ir spējuši to izdarīt. Xilinx iegādājās uzņēmumu divus vai trīs gadus atpakaļ, lai kaut ko paveiktu šajās līnijās, un viņi patiešām spiež to uz priekšu ar saviem instrumentiem. Viņi nav vienīgie. Ir daži atklāti standarti, piemēram, Open CL un citi, kas sākotnēji tika izveidoti, lai programmētu GPU, kuras var izmantot arī, lai programmētu FPGA.

Atkal es teiktu, ka neviens no šiem rīkiem pašlaik nav gatavs lielākajam laika skaitam, un rezultāts ir tāds, ka jūs parasti varat ieviest zemāku ātrumu, bet ne augstākas veiktspējas. Ļaujiet man aprakstīt tos kā vairāk sinhronizācijas un kontroles funkciju gatavs ar šāda veida instrumentiem. Ja jūs patiešām vēlaties iekļūt signāla celiņā ar joslas platumu veidiem un veiktspēju, kuru mēs parasti cenšamies izmantot mūsu produktos, tad jums būtībā vajadzētu iet uz otru plānošanas ceļu, kas principā izpaužas jums pie programmēšanas pie vārtiem vai tas ir ar kāda veida ABL vai kādu kodēšanas līmeni aparatūras līmenī.

Tīrais rezultāts ir tas, kur jūs vadījāt ar savu jautājumu - tas, ka ir kodējis FPGA un ieguva to darbībā, ja kāds iet un maina daļu no tā, tad jūs būtībā var pilnībā iznīcināt ierīces funkcionalitāti. Iespējams, ka tas varētu ietvert fizisku kaitējumu, taču tas ir maz ticams. Tas, protams, iestatītu to režīmā, kurā tas nedarbosies vai nesniegs pareizus rezultātus. Viena no lietām, ko es teiktu, ir novedusi pie tā, ka mēs ļoti piesardzīgi esam redzējuši iespēju lietotājam pielāgot instrumentu FPGA. Kā jūs to varētu darīt tādā veidā, kas tiem piešķir viņiem nepieciešamo elastību, bet nevajadzēs izveidot visu instrumentu un pierādīt instrumenta darbību no zemes uz augšu?

Comerford : jā. Es redzu, ka. Es secinu no tā, ko jūs sakāt, ka viņi patiešām cenšas padarīt instrumentus atšķirīgi, un, ja vēlaties mainīt FPGA programmu, jums ir jābūt cieši iepazīsamam ar FPGA un spējit patiešām to programmēt pie vārtiem lai tas pareizi darbotos.

Pierpoint : tipiskas lietas, kas tiek ievietotas FPGA, mēs runājām par sinhronizāciju, aktivizēšanu un tā tālāk. Iespējams, nav daudz IP, kas ir saistīts ar to, jo tas, ko jūs patiešām cenšaties izdarīt, ir vienkārši saskaņot dažādu konkrētas blokshēmas daļu darbību.

Kad jūs nokļūsit apstrādē signāla ķēdē - jūs izmantojat virkni digitālo paraugu no analogā-ciparu pārveidotāja - kādas lietas jūs varētu ar to darīt? Jūs varētu vēlēties filtrēt šo signālu, piemēram. Iespējams, vēlēsities veikt digitālu sarunu. Iespējams, vēlēsities veikt dažus šī signāla atkārtotu paraugu ņemšanu, lai tas nonāktu pie cita parauga ātruma. Šīs funkcijas tiek īstenotas FPGA. Mums ir arī ASIC, kurās mēs īstenojam tos, kas parasti darbojas lielākā ātrumā. Jūs varat veidot filtrus un iestatīt šīs lietas. Šiem ieviešanas veidiem ir raksturīga liela daļa no mūsu IP, un šie filtri varētu darboties reālā laikā, lai veiktu mērījumu korekcijas. Ja jūs iegājāt un kaut ko darījāt, un jūs nebūtu pārliecināts par to, ko darāt, jūs noteikti varētu iznīcināt visu instrumenta kalibrēšanu vai pārvērst to par kaut ko tādu, kas neveic precīzu mērīšanu.

Comerford : Un jūs faktiski nezināt, ka jūs lietojāt neprecīzus mērījumus.

Pierpoint : tas varētu izskatīties tā, ka tā darbojas pilnīgi normāli, jā.

Tomēr, iespējams, jau trīs gadus, mums ir bijis veids, kā ļaut saviem klientiem, galvenokārt OEM klientiem, iekļūt mūsu produktos un iekļaut to pašu mērīšanas IP. Mums ir vairāki digitāli izstrādātāji - parasti tie produkti, kas ir U5303A, kas ir PCI digitizators, vai M9703A vai B, kas ir AXIe digitizators, vai M9203A, kas ir tā versijas versija PXI, kuru mēs tikko esam ieviesuši - kas ir programmējami, izmantojot vienu no mūsu ārējiem programmatūras izstrādes komplektiem. Tas ir U5340A, un, kā es teicu, tas ir bijis aptuveni trīs gadus. Pastāv patiešām laba informācija par keysight.com, un par to ir publicēts raksts, par kuru nesen publicēts. Mūsu koncepcija ir izmantot standarta dizaina rīku ķēdi, ko cilvēki jau ir labi pazīstami, un tad patiešām sniedz to, ko mēs iekšēji saucam par smilškastē (es domāju, ka tas ir saprātīgs nozares termins). Tas, ko mēs darām, ir nodrošināt FPGA apgabalu, kas pielāgojams, neietekmējot ciparu formāta darbību. Vai jūs vēlaties, lai es iet tālāk par šo, Richard, vai jūs esat pazīstami ar to?

Comerford : Sandbox ideja bija tāda, kas, manuprāt, nāk no idejas par pamata datoru drošību, kurā būtībā tas, ko jūs darāt, ir izolēt informāciju no pārējās datorsistēmas, lai informācijas apstrāde tiktu veikta atsevišķi, un tā var 't faktiski iekļūt datorsistēmā. To es saprotu.

Pierpoint : absolūti. Piemēram, mūsu digitālos skaitītājos mēs izolējam saskarnes dažādām sistēmas daļām. Mēs izolējam sistēmas novērošanu, pulksteņa un atiestatīšanas vadītājus, kalibrēšanas spējas un tā tālāk, taču mēs cenšamies nodrošināt pēc iespējas lielāku smilšu kastes daļu, un pēc tam mēs nodrošinām piekļuvi, izmantojot šos papildu risinājumus. Būtībā, ko mēs esam paveikuši, ir ievietota virkne veidņu šajos rīkos, kas pēc tam ļauj klientam, izmantojot līdzekļus, kurus viņi iepazinuši, no programmēšanas FPGA līmenī, lai izveidotu savu IP.

Mums ir klienti, kas, piemēram, varētu izmantot mūsu digitālos lasītājus lāzera skenerim (cilvēka) acīs. Viņiem ir savi algoritmi, kas tiem ir ļoti kritiski. Viņi patiešām negrib dalīties ar tiem, tāpēc viņi iet un aizpilda FPGA ar šiem algoritmiem. Piemēram, ja jūs lietojat augstas enerģijas fiziku, var būt vairāki citi atslēgu algoritmi, piemēram, CERN fiziķi vēlas izveidot neitrīno izsekošanu vai veikt kādu citu eksperimentu. Tātad viņi savā sistēmā izmantos savus īpašos filtrus un izslēgsies pilnīgi reāllaika spējas produktā.

Runājot par to, ka kontekstā, par ko mēs runājam, ir aparatūras līmeņa programmēšana, kas paredzēta patiesajiem FPGA inženieriem. Tas nav tas, par ko jūs parasti domājat: "Es gatavojas izspiest kādu kodu 30 minūtēs vai arī tā." Tas ir nopietns uzņēmums. Bet tas darbojas un ir skaidrs, kā mēs to paveicām, nodrošinot, ka smilšu kaste ir nodrošinājusi ļoti ātrus apgrozības laikus, protams, daudz ātrāk, nekā sākot ar tukšo bortu.

Comerford : Es uzskatu, ka digitālie rakstītāji ir īpaši izstrādāti, ņemot vērā to, ar domu, ka jums būs šī joma - sandbox -, ko var izmantot lietotāju operācijām?

Pierpoint : Jā, absolūti.

Comerford : tā ir jāprojektē un jākonstruē tā.

Pierment : Jā.


Šīs intervijas 2. daļā Richard Comerford turpinās smilškastes diskusiju un atgriezīsies pie VXT.