1、SOSA的影響 



SOSA標(biāo)準(zhǔn)由舊金山的開放集團(tuán)監(jiān)管，主要目標(biāo)是高性能嵌入式計(jì)算，但在開發(fā)時(shí)考慮了信號(hào)處理。該標(biāo)準(zhǔn)旨在抑制開放系統(tǒng)VPX標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)散，并為航空航天和國(guó)防系統(tǒng)創(chuàng)建一套可管理的互操作性指南，以使來(lái)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(guò)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?jì)算和信號(hào)處理專家，Pentek公司的副總裁 Rodger Hosking解釋說(shuō)。



“SOSA的工作是減少變量，并使其標(biāo)準(zhǔn)化，這樣各個(gè)供應(yīng)商可以提供可重用和可升級(jí)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(duì)任何指定系統(tǒng)的復(fù)雜性。設(shè)計(jì)者必須在更高級(jí)別或通用級(jí)別至少對(duì)系統(tǒng)某部分進(jìn)行切入，這樣模塊才能相互通信?！?/span>



 Hosking將這種趨勢(shì)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”。“一致性是關(guān)鍵?！彼f(shuō)，“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(shí)現(xiàn)兼容。”



Abaco systems公司是高性能嵌入式計(jì)算方面的專家，該公司的高級(jí)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(jí)別的系統(tǒng)集成性和復(fù)雜性，特別是對(duì)于傳感器和信號(hào)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(shuō)，“過(guò)去，VPX背板上一個(gè)非常專用的空間里有4到8個(gè)射頻連接，現(xiàn)在有10到20個(gè)。這將使背板上有更多的連接以簡(jiǎn)化未來(lái)的維護(hù)，而不用擔(dān)心預(yù)先布線?！?/span>



在用于傳感器和信號(hào)處理的嵌入式計(jì)算行業(yè)中，SOSA正在迅速流行起來(lái)。一些設(shè)計(jì)師，盡管他們暫時(shí)并不需要符合SOSA要求的硬件，現(xiàn)在也開始要求它了。“那些對(duì)SOSA沒(méi)有需求的客戶之所以有意向訂購(gòu)，是因?yàn)樗麄兟犝f(shuō)過(guò)SOSA。他們?cè)敢饨裉觳捎门cSOSA一致的硬件，從而為未來(lái)做好準(zhǔn)備?！?/span>

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2、FPGA的發(fā)展



時(shí)至今日，傳感器和信號(hào)處理技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是嵌入式處理器的改進(jìn)，尤其是FPGA。美國(guó) Xilinx公司提供了 Versal自適應(yīng)計(jì)算加速平臺(tái)（ACAP），該平臺(tái)提供了一種集成的多核嵌入式計(jì)算機(jī)，可以適應(yīng)不斷變化的信號(hào)和傳感器處理算法。Versal ACAP可以在硬件和軟件級(jí)別進(jìn)行定制，以適應(yīng)不同的應(yīng)用程序和工作負(fù)載。



按照 Abaco公司 Mitrovic的說(shuō)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(gè)強(qiáng)大的系統(tǒng)?！痹撛O(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(shuō)道:“如此一來(lái)，任何一個(gè)軟件工程師都可以編程FPGA而不需要特殊的技能。Xilinx的目標(biāo)是比當(dāng)前的計(jì)算技術(shù)效率提升四倍?！?/span>



Versal ACAP配有嵌入式傳感器和信號(hào)處理社區(qū)交流功能，并產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)性效益。Mitrovic說(shuō):“未來(lái)將會(huì)出現(xiàn)高度集成的設(shè)備，將Arm處理器、其他實(shí)時(shí)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(hào)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(shí)間，但會(huì)比預(yù)期的更快。Mitrovic表示:“我們的客戶對(duì)此持非常開放的態(tài)度，但這需要時(shí)間，以 RFSOC（射頻芯片系統(tǒng)）為例。當(dāng)它被引入時(shí)，被認(rèn)為是革命性的，但是電子戰(zhàn)和雷達(dá)行業(yè)的傳統(tǒng)人士對(duì)此表示懷疑。對(duì)于第一代 RFSOC，每個(gè)人都試圖理解這項(xiàng)技術(shù)，但兩年后，我們看到了在一些主要政府項(xiàng)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。”



Xilinx公司的 Versal ACAP的一大優(yōu)勢(shì)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(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用?！爸案↑c(diǎn)信號(hào)處理已經(jīng)完成。但對(duì)于機(jī)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(dá)到最佳。”美國(guó)柯蒂斯-萊特控制和防務(wù)系統(tǒng)公司的數(shù)字信號(hào)處理產(chǎn)品經(jīng)理Denis Smetana解釋說(shuō)，“Xilinx公司有他們自己的 Versal FPGA，被設(shè)計(jì)用來(lái)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(hào)處理那樣?！?/span>



除了Versal ACAP FPGA， Xilinx公司還支持新型先進(jìn)微控制器總線架構(gòu)先進(jìn)可擴(kuò)展接口4標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)，為FPGA知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）的再利用提供標(biāo)準(zhǔn)接口?？梢詭椭谠O(shè)計(jì)開發(fā)具有多個(gè)控制器和外設(shè)的多處理器時(shí)降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)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(lái)越多地集成到FPGA上，用于傳感器和信號(hào)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(jì)算、DSP和邏輯域提供標(biāo)準(zhǔn)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(shuō):“我們正通過(guò)AXI4標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)建立更多標(biāo)準(zhǔn)化的FPGA庫(kù)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了IP模塊的標(biāo)準(zhǔn)接口，用于實(shí)現(xiàn)FPGA上IP代碼多個(gè)供應(yīng)商之間的互操作性?！?/span>



Hosking介紹說(shuō):“有了AXI4，每個(gè)人都同意按照相同標(biāo)準(zhǔn)來(lái)運(yùn)行，它運(yùn)行得非常好。人們?cè)贔PGA上使用獨(dú)特應(yīng)用程序方面變得越來(lái)越有效率。這對(duì)我們的FPGA客戶非常重要?！?/span>



這種設(shè)計(jì)方法正在轉(zhuǎn)向以圖形為導(dǎo)向的設(shè)計(jì)實(shí)踐。Hosking說(shuō):“設(shè)計(jì)師可以將AXI4 IP功能塊放在他的工作臺(tái)上，通過(guò)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一個(gè)塊的輸出到另一個(gè)塊的輸入將它們連接起來(lái)?！边@節(jié)省了大量的FPGA設(shè)計(jì)時(shí)間。做FPGA設(shè)計(jì)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(huì)有所幫助?！?/span>

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3、系統(tǒng)集成的新高度



如今信號(hào)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(shí)質(zhì)性的能力。美國(guó) Mercury系統(tǒng)公司的設(shè)計(jì)師們決定通過(guò)航空航天和國(guó)防嵌入式計(jì)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(jìn)一步。



Mercury公司產(chǎn)品管理總監(jiān) Shaun McQuaid表示:“我們將把整個(gè)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(tái)。在過(guò)去的18個(gè)月里，我們對(duì)數(shù)據(jù)中心除了處理之外的其他方面進(jìn)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(jì)算?！?/span>



那么 Mercury公司是如何將數(shù)據(jù)中心插入嵌入式計(jì)算底座的呢？“我需要數(shù)據(jù)處理，但也需要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，” McQuaid解釋道?！拔覀兺瞥隽艘幌盗欣肕.2標(biāo)準(zhǔn)的存儲(chǔ)卡，它以前被稱為用于描述內(nèi)部安裝計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡和連接器的新的接口規(guī)范（NGFF）。它取代了mSATA標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)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(chǔ)“大約有一塊橡皮糖大小，” McQuaid說(shuō)，“它是大量的NVMe附加存儲(chǔ)。”



除了M.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之外， Mercury公司的工程師還設(shè)計(jì)了嵌入式PCI-E網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，以及交換機(jī)上的轉(zhuǎn)換夾層卡（XMC）處理模塊。McQuaid說(shuō):“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(chǔ)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(wèn)題?！?/span>



對(duì)于像雷達(dá)、電子戰(zhàn)和信號(hào)情報(bào)這些復(fù)雜而嚴(yán)苛的軍事和航空應(yīng)用，McQuaid說(shuō)，“在這些平臺(tái)上獲得這些能力是至關(guān)重要的，必須在平臺(tái)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。”



至于Mercury公司利用數(shù)據(jù)中心技術(shù)的高性能嵌入式計(jì)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(gòu)買力發(fā)揮作用，確定哪些構(gòu)建模塊是關(guān)鍵的?！?/span>



對(duì)于 Mercury公司來(lái)說(shuō)，那些取自數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建塊適用于嵌入式計(jì)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(shuō):“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(jì)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(jí)的內(nèi)存冷卻一直到冷卻這些組件所需的機(jī)械結(jié)構(gòu)。只是在過(guò)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(hào)處理的另一個(gè)趨勢(shì)是將人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)融入系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。美國(guó)柯蒂斯-萊特控制和防務(wù)系統(tǒng)公司的 Smetana說(shuō):“在過(guò)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(dòng)化，使解讀更加智能化，可以對(duì)從未遇到過(guò)的信號(hào)進(jìn)行解讀和分類?！?/span>



將人工智能融入信號(hào)和傳感器處理仍處于起步階段，但其發(fā)展勢(shì)頭迅猛。Smetana說(shuō):“這項(xiàng)技術(shù)仍然相當(dāng)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?！?/span>



值得一提的是正在被數(shù)據(jù)淹沒(méi)的 SIGINT應(yīng)用程序。人工智能有可能對(duì)傳入的數(shù)據(jù)流進(jìn)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(guó)柯蒂斯-萊特控制和防務(wù)系統(tǒng)公司的 Jedynak說(shuō):“機(jī)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(gè)典型的機(jī)載信號(hào)情報(bào)任務(wù)為例:“你有一個(gè)兩小時(shí)的任務(wù)，要求每小時(shí)收集10tb的加密數(shù)據(jù)，”Jedynak解釋說(shuō)?！斑@20tb的數(shù)據(jù)占用了大量存儲(chǔ)空間，但通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，我們能夠篩選并使用4tb的數(shù)據(jù)。”

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