Fpga per soluzioni sensoristiche “always-on”

FPGA –

Gli Fpga iCE40LM di Lattice Semiconductor sono concepiti per offrire soluzioni complete di gestione dei sensori mirate a consumi di potenza bassissimi per consentire funzioni sempre attivate e con riconoscimento del contesto.

Densità ultrabassa, consumi estremamente contenuti e package miniaturizzati rappresentano i punti di forza dei nuovi Fpga iCE40 di Lattice Semiconductor. Questo insieme di caratteristiche consente a Lattice di indirizzare, con i nuovi prodotti, mercati di massa in precedenza preclusi agli Fpga, cui la società attribuisce un valore intorno ai 3,3 miliardi di dollari. Tipicamente, questi mercati fanno riferimento alle applicazioni con sensoristica "always-on" per dispositivi mobili reattivi al contesto, legate al mondo degli smartphone di ultima generazione, dei laptop e dei tablet ad elevata autonomia, dei sistemi industriali, dei nodi wireless, degli apparati medicali e così via. In queste applicazioni lo sforzo principale di progettazione tende a privilegiare il contenimento dei consumi, delle latenze e delle dimensioni, esattamente le caratteristiche che Lattice ha voluto premiare nella sua nuova proposta.
L'annuncio Lattice riguarda la nuova sottofamiglia iCE40LM, offerta in versioni da 1000, 2000 e 4000 Lut (Look up table). Le soluzioni sono attualmente disponibili con dotazioni hard IP quali interfacce embedded (I2C e Spi), Pll, generatori d'impulsi, uscite ad alta capacità e memoria Ram, tutte tagliate in modo specifico per il mercato dei prodotti consumer equipaggiati con sensori e dotati di applicazioni sensibili al contesto. Secondo Lattice, il riconoscimento del contesto rappresenta un fattore dirompente nel mercato dei dispositivi mobili. Le soluzioni di gestione dei sensori, a bordo dei nuovi Fpga iCE40LM, permettono ai progettisti di accedere immediatamente a una vasta gamma di funzioni embedded per la gestione della sensoristica e per dare vita, con un minimo sforzo, a sistemi integrati context-aware a valore aggiunto.
Un secondo annuncio Lattice, sempre relativo alla linea di Fpga iCE40, riguarda invece l'ampliamento della sottofamiglia iCE40LP con due nuovi dispositivi - l'iCE40LP1K-16WLCSP e l'iCE40LP640-16WLCSP - offerti in package wafer-level chip-scale. Le nuove soluzioni di packaging adottate per i due nuovi dispositivi LP, dove LP sta per Low Power, sono state introdotte con l'obiettivo di ridurre ulteriormente l'ingombro degli Fpga della famiglia iCE40.

Con o senza?

Le principali differenze tra la famiglia LM e la famiglia LP riguardano le dotazioni. I prodotti iCE40LP dispongono di una memoria di configurazione non volatile, mentre i prodotti iCE40LM ne sono sprovvisti. Vice versa, gli iCE40LM integrano numerosi blocchi IP a livello hardware, mentre i dispositivi iCE40LP ne sono sprovvisti. Le differenze riguardano anche il packaging. I dispositivi iCE40LM prevedono tre varianti di package. Il primo - e più compatto - è il package WLCSP a 25 ball, con passo di 0,35mm e dimensioni di 1,71 x 1,71 x 0,45 mm. Questo package ultra miniaturizzato alloggia fino a 18 GPIO e prevede tre uscite da 24 mA per il comando diretto di Rgb/Led. A breve saranno offerte altre due varianti in package wire bond Bga della famiglia LM: la CM36 con passo di 0,4 mm e dimensioni di 2,5 x 2,5 mm per 25 I/O, e la CM49, con dimensioni di 3mm x 3mm e 35 I/O. Essendo sprovvisti di IP hard, gli Fpga iCE40LP privilegiano invece la miniaturizzazione del package. Il record spetta al nuovo package Wlcsp a 16-ball, caratterizzato da un passo di 0,35 mm e da dimensioni di 1,40 x 1,48 x 0,45 mm, a fronte quindi di un'area di soli 2 mm2. Si tratta della soluzione Fpga più compatta oggi disponibile in commercio. Questo packaging ultra miniaturizzato - che sarà offerto con le versioni da 1K e 640 Lut - permette ai chip iCE40LP di adattarsi ai prodotti mobili di ultima generazione, ancora più sottili e compatti.

Consumi da record

La nuova sottofamiglia iCE40LM consente l'implementazione di applicazioni con sensoristica always-on integrata e sensibili al contesto, caratterizzate da consumi fino a 100 volte inferiori rispetto alle implementazioni tradizionali basate su processore, e fino a 10 volte inferiori rispetto alle implementazioni che combinano un processore applicativo e un microprocessore. Questi livelli di riduzione sono stati misurati concretamente in un ambiente dimostrativo, utilizzando alcuni progetti applicativi standard basati su processore. Il kit dimostrativo ha permesso di evidenziare non solo il contenimento dei consumi (nel caso specifico passato da 100 milliwatt a soli 900 microwatt) ma anche un drastico taglio dei costi rispetto a un'applicazione always-on tradizionale, implementata con componenti "discreti". Infatti, l'approccio integrato e ottimizzato per la sensoristica, basato sugli Fpga Lattice, ha reso possibile una notevole semplificazione del layout e delle problematiche termiche, nonché una riduzione della distinta materiali.
Always on con latenza zero
I nuovi Fpga iCE40LM sono costruiti su una tecnologia di processo da 40nm e offrono una latenza quasi nulla. Tale caratteristica è ideale per le applicazioni legate ai dispositivi mobili, dove è possibile realizzare dei sistemi con riconoscimento contestuale capaci di acquisire in tempo reale gli input provenienti dall'utente o dall'ambiente circostante. Grazie a queste caratteristiche, i progettisti possono ora disporre di una piattaforma unica per lo sviluppo di prodotti mobili dotati di sofisticate funzionalità multimediali basate sul rilevamento della gestualità, degli spostamenti, o di altri parametri di localizzazione spaziale o geografica.
Le dimensioni ridotte dei nuovi Fpga iCE40 consentono di spingersi a livelli d'integrazione di sistema prima irraggiungibili, raccogliendo in un unico chip funzioni avanzate quali interfacce IrDA, emulatori di codici a barre, Led di segnalazione e così via. Il tutto, lasciando a disposizione del progettista una parte di logica sufficiente per definire in modo flessibile ulteriori funzioni. La combinazione tra la ridottissima potenza attiva (meno di 1 mW) e l'integrazione spinta delle funzioni di gestione dei sensori, permette potenzialmente di dare vita a una classe completamente nuova di dispositivi intelligenti, sensibili a posizioni e contesti.

Soluzioni IP basate sulla tecnologia dei sensori
Oltre a rendere disponibili una quarantina di progetti di riferimento basati su sensori, Lattice collabora con importanti fornitori di IP per sviluppare nuove tecnologie di controllo. L'obiettivo è far sì che i progettisti possano sempre disporre delle soluzioni più adatte per implementare gli algoritmi adatti alle loro applicazioni. Lettori per codice a barre basati su Led, telecomandi universali a infrarossi e tecnologie per rilevare i movimenti e interpretare la gestualità dell'utente, rappresentano solo alcuni degli esempi delle principali soluzioni IP a corredo della famiglia di Fpga iCE40.

Supporto alla progettazione e allo sviluppo

Tutti i dispositivi iCE40 sono supportati dal software di progettazione Lattice iCEcube2 e Lattice Diamond Programmer v3.0. Concepito per offrire un ambiente di sviluppo integrato ad alta produttività per i progettisti di dispositivi mobili e ottimizzato per l'architettura degli Fpga iCE40, il software iCEcube2 offre potenti funzionalità di progettazione. Lattice Diamond Programmer è compatibile con iCEcube2 e consente di programmare i dispositivi Lattice semplificando le operazioni più comuni: impostazione delle informazioni sul dispositivo (cavo, porta, ecc.), selezione del file dei dati di programmazione e programmazione di uno o più dispositivi. I nuovi Fpga sono già in produzione e disponibili tramite i distributori Lattice. Una sorpresa è sicuramente il prezzo, a partire da meno di un dollaro per grandi volumi. Man mano che i dispositivi passeranno alla fase di produzione in volumi, saranno annunciati nuovi kit di valutazione e nuovi progetti di riferimento. Attualmente sono già disponibili piattaforme di dimostrazione del processore Snapdragon, basato su Android
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