1、SOSA的影響 



SOSA標準由舊金山的開放集團監(jiān)管，主要目標是高性能嵌入式計算，但在開發(fā)時考慮了信號處理。該標準旨在抑制開放系統(tǒng)VPX標準的擴散，并為航空航天和國防系統(tǒng)創(chuàng)建一套可管理的互操作性指南，以使來自不同供應(yīng)商的各種組件可以輕松地協(xié)同工作。



“SOSA是傳感器開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的縮寫，他們正試圖通過減少不同類型的模塊、接口和背板，使其更具互操作性?！鼻度胧接嬎愫托盘柼幚韺＜?，Pentek公司的副總裁 Rodger Hosking解釋說。



“SOSA的工作是減少變量，并使其標準化，這樣各個供應(yīng)商可以提供可重用和可升級的系統(tǒng)。這樣做是為了盡可能地節(jié)約成本，并有效應(yīng)對任何指定系統(tǒng)的復(fù)雜性。設(shè)計者必須在更高級別或通用級別至少對系統(tǒng)某部分進行切入，這樣模塊才能相互通信?！?/span>



 Hosking將這種趨勢稱為“從最底層的系統(tǒng)功能到更高層、接口更一致的抽象概念”?！耙恢滦允顷P(guān)鍵?！彼f，“SOSA的全部任務(wù)就是盡可能保持這些接口的一致性，這樣就可以在不同的系統(tǒng)供應(yīng)商之間實現(xiàn)兼容?！?/span>



Abaco systems公司是高性能嵌入式計算方面的專家，該公司的高級系統(tǒng)架構(gòu)師 Predrag Mitrovic介紹，SOSA的核心是接口的一致性以及更高級別的系統(tǒng)集成性和復(fù)雜性，特別是對于傳感器和信號處理應(yīng)用而言。



“一切都變得更加密集化和集成化，這反映在VPX生態(tài)系統(tǒng)的射頻和光反向連接上?！盤redrag Mitrovic說，“過去，VPX背板上一個非常專用的空間里有4到8個射頻連接，現(xiàn)在有10到20個。這將使背板上有更多的連接以簡化未來的維護，而不用擔心預(yù)先布線。”



在用于傳感器和信號處理的嵌入式計算行業(yè)中，SOSA正在迅速流行起來。一些設(shè)計師，盡管他們暫時并不需要符合SOSA要求的硬件，現(xiàn)在也開始要求它了?！澳切OSA沒有需求的客戶之所以有意向訂購，是因為他們聽說過SOSA。他們愿意今天采用與SOSA一致的硬件，從而為未來做好準備。”

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2、FPGA的發(fā)展



時至今日，傳感器和信號處理技術(shù)的一個重要發(fā)展趨勢是嵌入式處理器的改進，尤其是FPGA。美國 Xilinx公司提供了 Versal自適應(yīng)計算加速平臺（ACAP），該平臺提供了一種集成的多核嵌入式計算機，可以適應(yīng)不斷變化的信號和傳感器處理算法。Versal ACAP可以在硬件和軟件級別進行定制，以適應(yīng)不同的應(yīng)用程序和工作負載。



按照 Abaco公司 Mitrovic的說法， Xilinx Versal公司的ACAP就是“以前他們所稱的多處理系統(tǒng)芯片設(shè)備，這是一個強大的系統(tǒng)。”該設(shè)備提供異構(gòu)加速，尋求改變FPGA的開發(fā)方式，并改變工程師與FPGA的工作方式。Mitrovic繼續(xù)說道:“如此一來，任何一個軟件工程師都可以編程FPGA而不需要特殊的技能。Xilinx的目標是比當前的計算技術(shù)效率提升四倍?！?/span>



Versal ACAP配有嵌入式傳感器和信號處理社區(qū)交流功能，并產(chǎn)生了實質(zhì)性效益。Mitrovic說:“未來將會出現(xiàn)高度集成的設(shè)備，將Arm處理器、其他實時處理單元和集成的AI核心集成在一起?！?/span>



這些設(shè)備在傳感器和信號處理應(yīng)用中輸出功率的速度有多快？答案是這可能需要一段時間，但會比預(yù)期的更快。Mitrovic表示:“我們的客戶對此持非常開放的態(tài)度，但這需要時間，以 RFSOC（射頻芯片系統(tǒng)）為例。當它被引入時，被認為是革命性的，但是電子戰(zhàn)和雷達行業(yè)的傳統(tǒng)人士對此表示懷疑。對于第一代 RFSOC，每個人都試圖理解這項技術(shù)，但兩年后，我們看到了在一些主要政府項目上的巨大吸引力。我們希望看到同樣的事情發(fā)生在 Versal上?！?/span>



Xilinx公司的 Versal ACAP的一大優(yōu)勢是高度集成。Mitrovic指出，“Versal是7納米技術(shù)，而之前的FPGA技術(shù)是16納米?！?/span>



Versal架構(gòu)也適用于人工智能和機器學(xué)習(xí)應(yīng)用。“之前浮點信號處理已經(jīng)完成。但對于機器學(xué)習(xí)而言，由于是低分辨率，并且處理器的數(shù)學(xué)優(yōu)化程度并未達到最佳?！泵绹碌偎?萊特控制和防務(wù)系統(tǒng)公司的數(shù)字信號處理產(chǎn)品經(jīng)理Denis Smetana解釋說，“Xilinx公司有他們自己的 Versal FPGA，被設(shè)計用來優(yōu)化低分辨率數(shù)學(xué)，用于執(zhí)行推斷功能，就像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的傳感和信號處理那樣?！?/span>



除了Versal ACAP FPGA， Xilinx公司還支持新型先進微控制器總線架構(gòu)先進可擴展接口4標準，或稱為AMBA AXI4。這是一種用于連接和管理芯片系統(tǒng)中功能模塊的自由可用的開放標準，為FPGA知識產(chǎn)權(quán)（IP）的再利用提供標準接口。可以幫助在設(shè)計開發(fā)具有多個控制器和外設(shè)的多處理器時降低開發(fā)風(fēng)險和成本。



AXI4是用于ARM處理器的第四代AMBA接口規(guī)范，該接口正在被越來越多地集成到FPGA上，用于傳感器和信號處理。Xilinx公司提供了一系列符合AXI4的IP，這些IP為通用嵌入式計算、DSP和邏輯域提供標準接口。



Pentek公司的工程師也是AXI4的支持者。該公司的工程師Hosking說:“我們正通過AXI4標準推動建立更多標準化的FPGA庫，該標準定義了IP模塊的標準接口，用于實現(xiàn)FPGA上IP代碼多個供應(yīng)商之間的互操作性?！?/span>



Hosking介紹說:“有了AXI4，每個人都同意按照相同標準來運行，它運行得非常好。人們在FPGA上使用獨特應(yīng)用程序方面變得越來越有效率。這對我們的FPGA客戶非常重要?！?/span>



這種設(shè)計方法正在轉(zhuǎn)向以圖形為導(dǎo)向的設(shè)計實踐。Hosking說:“設(shè)計師可以將AXI4 IP功能塊放在他的工作臺上，通過用鼠標點擊一個塊的輸出到另一個塊的輸入將它們連接起來。”這節(jié)省了大量的FPGA設(shè)計時間。做FPGA設(shè)計是一種寶貴的才能和技能，這方面的人才難求。任何使之更容易的方法都會有所幫助。”

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3、系統(tǒng)集成的新高度



如今信號和傳感器處理的系統(tǒng)集成不僅僅是縮小電子元件，還尋求為小型電子封裝增加實質(zhì)性的能力。美國 Mercury系統(tǒng)公司的設(shè)計師們決定通過航空航天和國防嵌入式計算應(yīng)用所使用的加固和小型化商業(yè)數(shù)據(jù)中心技術(shù)，將這一概念向前推進一步。



Mercury公司產(chǎn)品管理總監(jiān) Shaun McQuaid表示:“我們將把整個數(shù)據(jù)中心生態(tài)系統(tǒng)引入 OpenVPX，并將嵌入式硬件引入部署平臺。在過去的18個月里，我們對數(shù)據(jù)中心除了處理之外的其他方面進行了全面分析，以將這些用于商業(yè)界的算法轉(zhuǎn)化為高性能邊緣計算?！?/span>



那么 Mercury公司是如何將數(shù)據(jù)中心插入嵌入式計算底座的呢？“我需要數(shù)據(jù)處理，但也需要數(shù)據(jù)存儲，” McQuaid解釋道?！拔覀兺瞥隽艘幌盗欣肕.2標準的存儲卡，它以前被稱為用于描述內(nèi)部安裝計算機擴展卡和連接器的新的接口規(guī)范（NGFF）。它取代了mSATA標準，該標準使用的是 PCI-E迷你卡卡片布局和連接器。它適用于固態(tài)存儲應(yīng)用程序，特別是在超極本和平板電腦等小型設(shè)備上。M.2固態(tài)數(shù)據(jù)存儲“大約有一塊橡皮糖大小，” McQuaid說，“它是大量的NVMe附加存儲。”



除了M.2數(shù)據(jù)存儲之外， Mercury公司的工程師還設(shè)計了嵌入式PCI-E網(wǎng)絡(luò)交換機，以及交換機上的轉(zhuǎn)換夾層卡（XMC）處理模塊。McQuaid說:“I/O不位于處理器，而在系統(tǒng)中，在此I/O可以被分配至處理器、FPGA和存儲器。這一切都是基于最新一代的 PCI-E，以解決我們行業(yè)今天面臨的各種大數(shù)據(jù)問題。”



對于像雷達、電子戰(zhàn)和信號情報這些復(fù)雜而嚴苛的軍事和航空應(yīng)用，McQuaid說，“在這些平臺上獲得這些能力是至關(guān)重要的，必須在平臺上使用數(shù)據(jù)中心技術(shù)，這樣才能根據(jù)這些數(shù)據(jù)做出正確的決定?！?/span>



至于Mercury公司利用數(shù)據(jù)中心技術(shù)的高性能嵌入式計算的戰(zhàn)略決策涉及到成本和能力，McQuaid表示“可以轉(zhuǎn)向商業(yè)界了解一下如何更好地讓購買力發(fā)揮作用，確定哪些構(gòu)建模塊是關(guān)鍵的。”



對于 Mercury公司來說，那些取自數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建塊適用于嵌入式計算，包括處理器、I/O、通用圖形處理器（GPGPU）協(xié)同處理器、PCI-E交換和FPGA。McQuaid說:“我們希望確保有大量的內(nèi)存，CPU上有許多內(nèi)核，以及這些 GPGPU的完整功能。我們希望采用一流的解決方案?！?/span>



此外， Mercury公司的設(shè)計者專注于廣泛應(yīng)用的電子冷卻解決方案，包括液體冷卻。McQuaid表示:“這些投資從芯片級的內(nèi)存冷卻一直到冷卻這些組件所需的機械結(jié)構(gòu)。只是在過去的一年里，我們才把所有這些東西整合到一起?！?/span>

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4、人工智能



傳感器和信號處理的另一個趨勢是將人工智能和機器學(xué)習(xí)融入系統(tǒng)設(shè)計中。美國柯蒂斯-萊特控制和防務(wù)系統(tǒng)公司的 Smetana說:“在過去的幾年里給傳感器增加了更多的智能，并且在傳感器和處理模塊之間建立了接口。我們正在把決策部分移到更靠近處理器前端的地方，以適應(yīng)能夠使某些分析自動化，使解讀更加智能化，可以對從未遇到過的信號進行解讀和分類?！?/span>



將人工智能融入信號和傳感器處理仍處于起步階段，但其發(fā)展勢頭迅猛。Smetana說:“這項技術(shù)仍然相當新興，其中不乏炒作。盡管如此，我們還是需要了解如何充分利用它，在什么地方適合它，在什么地方不適合它。”



值得一提的是正在被數(shù)據(jù)淹沒的 SIGINT應(yīng)用程序。人工智能有可能對傳入的數(shù)據(jù)流進行快速分析，確定哪些數(shù)據(jù)應(yīng)該保留，哪些應(yīng)該刪除。美國柯蒂斯-萊特控制和防務(wù)系統(tǒng)公司的 Jedynak說:“機器學(xué)習(xí)可以很好地找出哪些數(shù)據(jù)是靜態(tài)的，以及你想要看什么。它可以讓我們的任務(wù)更有效率?！?/span>



以一個典型的機載信號情報任務(wù)為例:“你有一個兩小時的任務(wù)，要求每小時收集10tb的加密數(shù)據(jù)，”Jedynak解釋說?！斑@20tb的數(shù)據(jù)占用了大量存儲空間，但通過機器學(xué)習(xí)，我們能夠篩選并使用4tb的數(shù)據(jù)?！?/span>

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