Microchip prezentuje nowe układy PIC64 dla aplikacji wbudowanych i kosmicznych

Firma Microchip Technology zaprezentowała właśnie nową rodzinę układów PIC64, mającą sprostać rosnącym potrzebom w zakresie sprawności energetycznej, zabezpieczeń sprzętowych i wysokiej niezawodności w aplikacjach pracujących w czasie rzeczywistym, obliczeniowo wymagających, takich jak inteligentna wizja w systemach wbudowanych czy uczenie maszynowe (ML). Rodzina PIC64 ma na celu zapewnienie rozwiązania jednego dostawcy dla mikroprocesorów (MPU), obsługując rynki wymagające zarówno przetwarzania w czasie rzeczywistym, jak i układy klasy aplikacyjnej.

Pierwsze wydanie w tej nowej linii produktów, MPU PIC64GX, wspiera inteligentne projekty brzegowe w różnych sektorach, w tym przemysłowym, motoryzacyjnym, komunikacyjnym, IoT, lotniczym i obronnym. Ponadto Microchip pokazał niedawno mikrokontrolery PIC64 High-Performance Spaceflight Computing (PIC64-HPSC), aby sprostać rosnącym wymogom obliczeniowym rozwijającego się rynku kosmicznego. Eksperci przewidują, że wartość tego ostatniego sektora wzrośnie z 344 miliardów dolarów w 2023 roku do 755 miliardów USD do 2035 roku. Ewolucja ta jest wynikiem dwóch dekad postępów od pionierskich misji z procesorami, takich jak Deep Impact i łazik Mars Curiosity.

Wprowadzając do sprzedaży nową linię układów — PIC64 — Microchip stał się dostawcą rozwiązań wbudowanych aktywnie rozwijającym pełne spektrum 8-, 16-, 32- i 64-bitowych mikrokontrolerów i procesorów aplikacyjnych. W wywiadzie dla EE Times, Shakeel Peera, wiceprezes ds. strategii i marketingu w sekcji biznesowej odpowiedzialnej za układy FPGA firmy Microchip, oraz Venki Narayanan, dyrektor ds. marketingu w tej samej jednostce, omówili znaczenie najnowszego dodatku do portfolio marki w kontekście znanej rodziny mikrokontrolerów PIC.

Wprowadzenie przez Microchipa pierwszego 64-bitowego produktu w zakresie przetwarzania wbudowanego stanowi znaczący postęp w możliwościach obliczeniowych dostosowanych do technologii brzegowej (edge computing). To, umieszczone jako część szerszego planu rozwoju MPU dla różnych rodzin, innowacyjne rozwiązanie zapewnia wyższą wydajność obliczeniową i skalowalność dla przyszłych aplikacji wbudowanych.



Rozwój inteligentnego przetwarzania brzegowego

Peera przedstawił strategiczny kontekst oraz szczegółowo omówił imponującą historię MPU Microchipa, podkreślając ich dominację na rynku wbudowanym z dziesiątkami miliardów urządzeń dostarczonych na przestrzeni ostatnich dekad. Linia PIC64 jest naturalną kontynuacją ich cenionej rodziny PIC. Peera podkreślił również znaczący potencjał rynkowy inteligentnego przetwarzania brzegowego, szczególnie w sektorach takich jak Internet Rzeczy (IoT), automatyzacja przemysłowa i obrazowanie medyczne. Mówił on, że MPU PIC64GX to czterordzeniowy procesor RISC-V dostosowany do tych aplikacji, wyposażony we wbudowane wsparcie dla potoku wideo, zaawansowane opcje łączności oraz piąty rdzeń do kontroli systemu i monitorowania.

„Rodzina PIC64GX charakteryzuje się czterordzeniową architekturą RISC-V z dużą mocą obliczeniową, odpowiednią do wnioskowania AI i intensywnych zadań przetwarzania na brzegu” — powiedział Peera. „Integruje zaawansowane funkcje, takie jak interfejsy wideo i łączność Ethernet, odpowiadając na rosnące potrzeby aplikacji AI i uczenia maszynowego”. Układ obsługuje asymetryczne przetwarzanie wieloprocesorowe (AMP) i utrzymuje niską liczbę tranzystorów, aby poprawić sprawność. Seria ta jest zaprojektowana do uruchamiania Linuxa, systemów operacyjnych czasu rzeczywistego i aplikacji bezpośrednich w bezpiecznym środowisku startowym. Posiada szósty rdzeń monitorujący klasy mikrokontrolera, a także 2 MB elastycznej pamięci podręcznej L2 o częstotliwości zegara 625 MHz oraz klastry CPU mogące uruchamiać system operacyjny Linux.

Rodziny układów GX1000 i GX1100 posiadają czterordzeniowy procesor RISC-V o mocy 5000 DMIP, dostępny w obudowach FCS325 i FCV484. GX1100 rozszerza możliwości o dodatkowe opcje wejścia i wyjścia wideo (w tym SLVS EC i DSI-2), zdolności wnioskowania AI/ML, ulepszony interfejs DDR oraz wsparcie dla hosta PCIe Gen 2. Seria GX jest przeznaczona do średniozaawansowanych aplikacji obliczeniowych ze swoim wielordzeniowym procesorem o częstotliwości taktowania 625 MHz. Posiada rdzeń ze wsparciem PCIe Gen 2, podczas gdy modele wyższej klasy z obsługą Gen 5 będą wspomagać zaawansowaną wirtualizację. Przyszłe generacje stopniowo będą integrować wirtualizację w całej linii produktów, uzupełniając luki w możliwościach.

Oprócz PIC64GX dla rynku masowego, Microchip pokazał również PIC64-HPSC, opracowany we współpracy z NASA JPL. Procesor ten został zaprojektowany, aby dostarczać możliwości wnioskowania AI w kosmosie, zwiększając moc obliczeniową dostępną w przestrzeni kosmicznej o 100 razy.

Seria PIC64 oznacza ambitne wejście Microchipa na rynek mikrokontrolerów 64-bitowych, wykorzystując otwartą architekturę RISC-V do dostarczania skalowalnych, wysokowydajnych rozwiązań zarówno dla aplikacji naziemnych, jak i kosmicznych. „Rozważamy wszystkie aspekty brzegowe, nie tylko naziemne, ale także te kosmiczne” — podkreślił Peera, akcentując kompleksowe podejście do nowej linii produktów. Microchip zaznacza, że kluczową rolę w sukcesie układów odgrywa wbudowany rdzeń monitorujący kontroler systemu, wraz ze zintegrowanymi interfejsami wideo, odpowiadającymi aplikacjom brzegowym, takim jak wsparcie AI/ML i obrazowanie. Zauważono również, że opcje łączności produktu, wspierające wiele interfejsów Ethernet, są kluczowe dla nowoczesnych aplikacji.



Rozwój systemów wbudowanych

W sektorze systemów wbudowanych interakcja między wydajnością dla aplikacji czasu rzeczywistego a wszechstronnymi możliwościami obliczeniowymi ciągle ewoluuje. Jednym z czołowych graczy w tej dziedzinie jest najnowsza generacja procesorów, które płynnie integrują Linuxa z systemami operacyjnymi czasu rzeczywistego (RTOS), oferując unikalne połączenie symetrycznego przetwarzania wieloprocesorowego (SMP) i deterministycznej latencji. Seria GX stanowi krok naprzód w zakresie mocy obliczeniowej i efektywności, dostosowany do aplikacji wymagających zarówno wysokiej wydajności, jak i responsywności w czasie rzeczywistym. „W sercu naszej filozofii projektowej leży płynna integracja wydajnego przetwarzania z rygorystycznymi wymogami czasu rzeczywistego” — powiedział Narayanan. „Nasza platforma daje deweloperom możliwość pełnego wykorzystania potencjału systemu Linux wraz z funkcjonalnościami czasu rzeczywistego, zapewniając jednocześnie elastyczność i precyzję”.

Integracja rozległej pamięci nieulotnej jest kluczowa dla jej atrakcyjności, pozwalając na natywną funkcję Secure Boot bez polegania na komponentach zewnętrznych. „Nasza platforma posiada dedykowaną pamięć dla ROM startowego i bezpiecznego przechowywania kluczy, gwarantując wzmocnioną ochronę przed nieautoryzowanym dostępem” — powiedział Narayanan. W sercu układów serii GX znajduje się pamięć podręczna o wielkości 2 MB — wszechstronny komponent, który zwiększa zdolność systemu do płynnego obsługiwania różnorodnych obciążeń. W przeciwieństwie do tradycyjnych architektur, które polegają na oddzielnych jednostkach przetwarzania do różnych zadań, seria GX wykorzystuje jednolitą konstrukcję, zapewniając efektywne wykorzystanie zasobów i uproszczone zarządzanie. Pamięć podręczna 2 MB nie tylko zwiększa wydajność, ale także umożliwia asymetryczne przetwarzanie wieloprocesorowe. Ta funkcja pozwala różnym rdzeniom w serii GX na niezależne uruchamianie odrębnych systemów operacyjnych lub aplikacji czasu rzeczywistego bez zakłóceń, zapewniając deterministyczną latencję, krytyczną dla operacji wrażliwych na czas.

W konfiguracji kładącej nacisk na czas rzeczywisty i AMP, system optymalizuje wydajność poprzez dedykowanie określonych zasobów dla deterministycznej latencji i responsywności. Rdzenie procesora działają w trybie mikrokontrolera, gwarantując, że funkcjonalność każdego rdzenia jest zgodna z przypisanym zadaniem. Pamięci podręczne L1 i L2 są ściśle ze sobą połączone, zwiększając efektywność dostępu do pamięci. Aby sprostać wymaganiom systemów czasu rzeczywistego, predyktory rozgałęzień w CPU są wyłączone. Konfiguracja wykorzystuje tryb AMP, rozdzielając zasoby między dedykowany rdzeń do operacji czasu rzeczywistego pod kontrolą RTOS a inne operujące pod Linuxem, z pamięcią podręczną L2 podzieloną po 1 MB dla systemu czasu rzeczywistego i Linuxa, odpowiednio, zapewniając wydajne działanie i priorytetowe wykonywanie zadań.




Jeśli chodzi o łączność i rozbudowę, nowa platforma obsługuje szeroki zakres interfejsów, w tym DDR, LPDDR, Gigabit Ethernet, PCI Express, MIPI CSI/DSI i HDMI 1.4.

„Bezpieczeństwo pozostaje kluczowe w systemach wbudowanych, szczególnie we wrażliwych środowiskach, takich jak automatyzacja przemysłowa czy urządzenia medyczne” — powiedział Narayanan. Architektura tych układów obejmuje wbudowany akcelerator kryptograficzny dla Root of Trust, zabezpieczony przed atakami typu side-channel, takimi jak analiza różnicowa mocy. Te środki dostarczają wysoki poziom ochrony, niezbędny do zabezpieczania wrażliwych danych i zagwarantowania integralności operacyjnej w trudnych scenariuszach. Środki przeciwdziałania manipulacji i sprzętowe moduły zabezpieczeń dla operacji kryptograficznych jeszcze bardziej poprawiają bezpieczeństwo, blokując nieautoryzowany dostęp i zapewniając integralność przetwarzania danych w sytuacjach krytycznych dla misji.

Rodzina PIC64GX charakteryzuje się kompatybilnością pinów z urządzeniami FPGA Microchip PolarFire SoC, oferując dużą elastyczność w rozwoju rozwiązań wbudowanych. „Przyszłe rozwinięcia obejmują systemy-on-modules oraz zestaw kompleksowych narzędzi rozwojowych, zwiększających adaptacyjność w różnych zastosowaniach wbudowanych” — wspomina Narayanan.

Zaangażowanie Microchip w innowacje zorientowane na klienta podkreśla również wsparcie dla otwartych standardów i ekosystemów rozwojowych. Seria GX jest kompatybilna z popularnymi systemami budowy, takimi jak Yocto czy Microchip Buildroot, ułatwiając płynną integrację z istniejącymi środowiskami oprogramowania i przyspieszając czas wprowadzenia na rynek nowych rozwiązań.

Linia produktów GX firmy Microchip wdraża najnowocześniejsze funkcje dostosowane do różnych zastosowań, takich jak technologie LiDARowe czy zaawansowane zadania ML przy użyciu TensorFlow. Wyposażona w jakże ważne wsparcie sprzętowe ułatwia precyzyjne wykrywanie i mapowanie środowiska dzięki zintegrowanemu interfejsowi dla LiDARów. Ten interfejs wspiera płynną integrację z czujnikami, umożliwiając skanowanie 3D i mapowanie otoczenia o wysokiej rozdzielczości, co jest kluczowe dla wielu aplikacji, od pojazdów autonomicznych po automatyzację przemysłową.

Dodatkowo, korzystając z frameworku TensorFlow, seria GX umożliwia deweloperom wdrażanie skomplikowanych modeli ML bezpośrednio na urządzeniu. Integracja TensorFlow pozwala na efektywne wykorzystanie algorytmów AI do zadań takich jak rozpoznawanie obrazów, przetwarzanie języka naturalnego i analityka predykcyjna. Ta zdolność jest kluczowa dla umożliwienia inteligentnego podejmowania decyzji na brzegu, poprawiając prędkości przetwarzania w czasie rzeczywistym i zmniejszając zależność od przetwarzania w chmurze dla zadań AI.

Linia produktów GX nie tylko wyróżnia się zaawansowanymi możliwościami wykorzystania LiDARów i integracją wsparcia dla TensorFlow, ale także oferuje personalizację dzięki kompleksowemu zestawowi rozwojowemu. Zaprojektowana, aby sprostać rosnącym wymaganiom różnych aplikacji gwarantuje skalowalność od prototypu do rozwiązań gotowych do produkcji. Czyni to ją idealnym wyborem dla deweloperów i inżynierów poszukujących płynnej integracji nowoczesnych technologii w swoich projektach.

Zestaw rozwojowy towarzyszący serii GX daje użytkownikom narzędzia i zasoby niezbędne do szybkiego prototypowania i personalizacji. Dzięki modułowemu podejściu do projektowania, całość wspiera łatwą integrację dodatkowych czujników, peryferii i opcji łączności, pozwalając deweloperom na precyzyjne dostosowanie rozwiązań do wymagań aplikacji. Ta elastyczność zapewnia, że wszystko, co oparte na układach z rodziny GX może być łatwo skalowane od początkowej weryfikacji koncepcji do pełnego wdrożenia, minimalizując czas wprowadzenia na rynek i optymalizując wysiłki rozwojowe.

Zestaw Curiosity Kit dla PIC64GX zawiera 1 GB pamięci RAM DDR4, gniazdo na kartę SD oraz możliwość wykorzystania gigabitowego Ethernetu, wspierając przetwarzanie dużych ilości danych i komunikację sieciową. Złącze MIPI znane z Raspberry Pi i interfejs HDMI 1.4 zwiększają elastyczność w zakresie łączności peryferyjnej i wyjścia dla wyświetlacza. Elementy przyjazne użytkownikowi, pokroju mikroBUS czy 12-pinowe złącze, ułatwiają integrację dodatkowych modułów. Narzędzia do debugowania, takie jak diody LED, przyciski i przełączniki, upraszczają uruchamianie i testowanie systemu, podczas gdy opcje zasilania przez USB-C lub z zewnętrznego zasilacza zapewniają dużą wszechstronność. Wspierany przez debuger JTAG dla MPLAB jest idealny do efektywnego i kompleksowego prototypowania i oceny systemów wbudowanych.



Patrząc w przyszłość, plany obejmują wdrażanie algorytmów kryptograficznych post-kwantowych na warstwie programowej, wzmacniając odporność na pojawiające się zagrożenia w erze kwantowej. „Ta strategiczna ewolucja podkreśla nasze zaangażowanie w rozwój paradygmatów bezpieczeństwa bez kompromisów w zakresie wydajności i elastyczności”, jak wskazuje Microchip. Pod względem architektury, platforma integruje zjednoczone podejście do zarządzania pamięcią, oferując ochronę ECC dla wszystkich jej typów, aby zminimalizować błędy i zapewnić niezawodność w wymagających warunkach operacyjnych.

Komputery kosmiczne

Odporne na promieniowanie (Radiation Hardened) układy PIC64-HPSC są idealne do autonomicznych misji wymagających przetwarzania w czasie rzeczywistym, takich jak łaziki księżycowe, oraz do długotrwałych, w głębokiej przestrzeni kosmicznej, gdzie potrzeba niskiego zużycia energii i odporności na trudne warunki. Nieczuła na promieniowanie wersja jest przeznaczona do konstelacji satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO), równoważąc koszty i niezawodność z niezbędną tolerancją na błędy i cyberbezpieczeństwem. Wydajność wektorowa MPU osiąga do 2 TOPS (int8) lub 1 TFLOPS (bfloat16), umożliwiając zaawansowane przetwarzanie algorytmów AI/ML. Szybka komunikacja jest zapewniana przez switch Ethernet TSN o przepustowości do 240 Gbps, skalowalne interfejsy PCIe Gen 3 i CXL 2.0 oraz porty SpaceWire kompatybilne z RMAP. Nowe MPU integrują w sobie procesory z rdzeniem RISC-V z rozszerzeniami instrukcji wektorowych do aplikacji AI/ML, oferując znaczące postępy w dziedzinie komputerów kosmicznych do środowisk o podwyższonym poziomie promieniowania, które wymagają bardziej zaawansowanych obliczeń. Parametry te dyktowane są przez potrzeby NASA, sektory obrony i komercyjne zastosowania lotnicze.

Kompleksowy ekosystem Microchipa obejmuje komputery jednopłytkowe, komponenty kosmiczne i partnerstwa programowe, ułatwiając szybki rozwój zintegrowanych rozwiązań. Podejście to ma na celu zastąpienie przestarzałych, specjalistycznych rozwiązań skalowalną, wysokowydajną, platformą wielokrotnego użytku, jak opisuje nowe układy Kevin Kinsella z firmy Northrop Grumman. Wybór Microchipa przez NASA w 2022 roku do opracowania wysokowydajnego procesora, zdolnego do 100 razy większej mocy obliczeniowej niż obecne komputery kosmiczne, podkreśla znaczenie PIC64-HPSC dla przyszłych misji.

Na Konferencji IEEE Space Compute 2024, przedstawiciele NASA, Microchip, Northrop Grumman i innych partnerów przemysłowych będą omawiać ekosystem technologii HPSC i jego wpływ na przyszłość komputerów kosmicznych. Prasun Desai z NASA wygłosi przemówienie inauguracyjne, wyjaśniając zaawansowaną strategię obliczeniową agencji. Dodatkowo, MPU PIC64GX firmy Microchip, dedykowane do inteligentnych projektów z obliczeniami na brzegu w różnych sektorach, jeszcze bardziej wzmacniają pozycję marki jako kompleksowego dostawcy produktów wbudowanych — oferując pełne spektrum rozwiązań 8-, 16-, 32- i 64-bitowych. Portfolio Microchipa dla rynków lotniczych i obronnych obejmuje szeroki zakres komponentów wzmocnionych i odpornych na promieniowanie, co ma podkreślać zaangażowanie przedsiębiorstwa w rozwój technologii komputerów kosmicznych. Microchip zamierza dalej rozbudowywać rodzinę PIC64 o nowe urządzenia oparte na architekturach RISC-V i ARM. Rozwój ten ma na celu zaoferowanie projektantom systemów wbudowanych szerszego zakresu opcji, zwiększając wydajność i funkcjonalność produktów. Korzystając z kompleksowych rozwiązań end-to-end firmy Microchip — od krzemu po ekosystemy wbudowane — projektanci skorzystają z usprawnionych procesów projektowania, debugowania i weryfikacji. Integracja ta ma w założeniu znaczne skrócenie czasu wprowadzenia nowych produktów na rynek.

Źródło: https://www.eetimes.com/microchip-launches-pic64-portfolio-for-embedded-and-space-apps/