鎖定三大金雞母 SoC FPGA擴張工控版圖

作者: 黃耀瑋
2014 年 07 月 31 日

SoC FPGA將大舉進軍機器視覺、馬達控制和工業乙太網路等工廠自動化應用。FPGA開發商正紛紛祭出SoC設計策略,透過整合多核心CPU、數位訊號處理器和微控制器等運算核心,強化處理效率並增進高階演算法支援能力,進而滿足工廠自動化設備對即時且高精準度控制、多元通訊協定支援和大量資料同步的開發需求。



Altera工業市場亞太區首席經理江允貴認為,處理器的功能安全性和長期供貨能力,亦是工業自動化系統開發商評選元件的重要考量。



Altera工業市場亞太區首席經理江允貴表示,隨著亞洲人力雇用成本攀升,加上北美大力推行製造業回流政策,全球主要3C產品製造工廠以機器取代人工的需求已日益殷切,激勵歐美、日本和台灣工業設備大廠加緊研發機器手臂、機器人與產線自動化設備,因而帶動龐大的馬達控制、機器視覺和工業乙太網路解決方案導入需求。


事實上,馬達控制、機器視覺及工業乙太網路交換器係工廠自動化不可或缺的三大環節,商機快速升溫。然而,自動化也意味著系統須具備極高精確度、超低功耗,才能真正取代人工;同時,主控和從屬設備的時序同步和控制即時性須達到一定水準,以避免影響產線運作效率和良率,因此工廠自動化設備內建處理器的規格要求相當嚴格,驅動晶片商布局更高功能整合度的SoC方案。


江允貴指出,工廠自動化涵蓋的技術層面相當廣,除引發系統處理器設計革命外,亦牽動韌體、複雜軟體演算法和開發工具的發展需求;因此,即便既有的DSP或MCU供應商紛紛祭出高效能的多核心方案,但針對工控自動化應用,整體性能仍捉襟見肘;若晶片商、系統廠為解決處理器性能不足問題而開發專屬的特定應用積體電路(ASIC),又將耗費大量時間和金錢,因此正逐漸轉搭SoC FPGA,以兼顧產品性能、成本效益和上市時程。


SoC FPGA整合可編程邏輯和多核CPU、DSP或軟核(Soft-core)MCU,兼具高速邏輯運算、即時控制與平行處理優點,可支援快速傅立葉轉換(FFT)等高階演算法,並縮減大量資料乘加運算的功耗。此外,其透過FPGA的軟體可編程特性,更有助擴充Ethernet/IP、EtherCAT、Powerlink及Profinet(RT/IRT)等多元工業乙太網通訊協定,以提高系統設計彈性和延展性;因此,包括Altera、賽靈思(Xilinx)皆力推SoC FPGA設計架構,卡位工廠自動化商機。


據悉,西門子(Siemens)、艾波比(ABB)等歐洲自動化解決方案供應商均已採用內建多核心CPU的SoC FPGA,開發馬達控制和運動控制(Motion Control)方案,確保機器人或機器手臂內建多個馬達的同步控制精確度,並減低運動角度、距離誤差,以執行更精密的生產作業。此外,歐美及日本大廠也利用整合硬核DSP的SoC FPGA,發展支援高畫質(HD),甚至FHD規格的機器視覺設備,全面強化工廠自動化系統的「大腦」和「眼睛」功能。


江允貴更透露,亞洲的工廠和相關設備製造商亦開始加速推動產線自動化,由於該地區業者一向注重低成本,因此Altera將於今年第三季推出新一代內建Soft-core 32位元MCU的SoC FPGA,並將搭配完整的即時作業系統、控制演算法和工業通訊協定IP套裝方案,期以更高性價比吸引系統廠青睞,搶先插旗亞洲工業自動化市場。

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