โมดูล AMD Kria K24 ที่ใช้ Zynq Ultrascale+ เพื่อการควบคุมมอเตอร์และการใช้งาน DSP

AMD Kria K24 ซึ่งเป็น System-on-Module (SOM) ที่ใช้ Zynq UltraScale+ MPSoC ที่ปรับแต่งเป็นพิเศษ และชุด KD240 Drives Starter Kit ถูกออกแบบมาเพื่อการพัฒนาแอปพลิเคชัน Edge ที่เกี่ยวข้องกับต้นทุนในเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม

Kria K24 รุ่นใหม่มีขนาดประมาณครึ่งหนึ่งของบัตรเครดิตและใช้พลังงานเพียงครึ่งหนึ่งของ Kria K26 SOM ที่มีขนาดใหญ่กว่า ซึ่งได้เปิดตัวในปี 2021 สำหรับการใช้งานในด้าน computer vision ตอนนั้นบริษัทยังใช้ชื่อ Xilinx และบอร์ดฐาน (carrier boards) สำหรับ K26 ที่มีอยู่สามารถนำมาใช้กับ Kria K24 SOM ได้โดยไม่ต้องแก้ไข PCB แต่โมดูลใหม่จะมีคอนเนกเตอร์ 240 พิน และคอนเนกเตอร์เพิ่มเติมอีก 40 พิน

สเปค AMD Kria K24:

• MPSoC – Zynq Ultrascale+ XCK24 ที่ปรับแต่งเป็นพิเศษ
  • โปรเซสเซอร์ Quad-core Arm Cortex-A53 สูงสุด 1.3 GHz
  • โปรเซสเซอร์ Dual-core Arm Cortex-R5F แบบ real-time สูงสุด 533 MHz
  • Mali-400 MP2 GPU สูงสุด 600 MHz
  • FPGA fabric พร้อม logic cells 154K
  • โปรเซสเซอร์ AMD Deep Learning – B2304 DPU พร้อม 852 GOPS
  • SRAM บนชิป 9.4 Mbit (distributed RAM & block RAM)
• หน่วยความจำ– 2GB 32-bit LPDDR4 @ 1066 Mbps พร้อม ECC บนโมดูลระดับอุตสาหกรรม
• ที่เก็บข้อมูล – ยังไม่ระบุ
• 1x คอนเนกเตอร์ board-to-board 240-ขา และ 1x คอนเนกเตอร์ board-to-board 40-ขา
  • ระบบเครือข่าย – สูงสุด 4x 1 Gbps Ethernet (2x PS GEM, 2x PL GEM)​
  • Motor Drive & Control –Three-phase inverters, Quadrature encoder, Brake control,, อินเทอร์เฟส Torque sensor
  • USB – 2x USB 2.0 / 3.0​
  • อื่นๆ – CAN, RS-485, GPIO และอื่นๆ
• ความปลอดภัย – มาตรฐาน IEC 62443 พร้อมความน่าเชื่อถือของฮาร์ดแวร์ (RSA, AES และ SHA) อุปกรณ์ TPM 2.0 แบบแยกส่วน
• ขนาด (พร้อมตัวกระจายความร้อน) – 60 x 42 x 11 มม
• 2 เวอร์ชัน
  • เชิงพาณิชย์ – ช่วงอุณหภูมิ 0 ถึง 85°C, รับประกัน 2 ปี, อายุการใช้งาน 5 ปี, ความพร้อมใช้งาน 10 ปี
  • เชิงอุตสาหกรรม – ช่วงอุณหภูมิ –40 ถึง 100°C, รองรับหน่วยความจำ ECC, รับประกัน 3 ปี, อายุการใช้งาน 10 ปี, ความพร้อมใช้งาน 10 ปี

สิ่งที่ทำให้โมดูล K24 เหมาะสมเป็นพิเศษสำหรับการควบคุมมอเตอร์และการใช้งาน DSP คือค่า low latency 120 ns ซึ่ง AMD อ้างว่ามี ระยะเวลาการตอบสนอง (latency) ที่ต่ำกว่าโปรเซสเซอร์ Texas Instruments AM64x ถึง 2 เท่า และมีประสิทธิภาพสูงสำหรับการประมวลผล DSP เมื่อเปรียบเทียบกับโซลูชันที่ใช้ GPU ของ NVIDIA เช่น Jetson TX2 และ Jetson Nano โดยใช้พลังงานเพียง 2.5W

การเปรียบเทียบเวลาตอบสนองขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ latency ที่รายงานโดย TI สำหรับการดำเนินการควบคุมทั้งหมดบนบอร์ด Texas Instruments TMDS64EVM โดยใช้การวัด Texas Instruments benchmark เทียบกับผลลัพธ์ latency ของของการดำเนินการควบคุมทั้งหมด โดยใช้อัลกอริธึม Field Oriented Control ที่ออกแบบโดย Qdesys ที่ทำงานบนชุดเริ่มต้น KD240, AMD ยังกล่าวอีกว่าความได้เปรียบเวลาตอบสนองถึง 7 เท่าเมื่อจำนวนแกนมอเตอร์เพิ่มขึ้น การดึงพลังงานที่ไม่ได้ใช้งาน/ค่าเริ่มต้นถูกวัดด้วย เครื่องมือ xmutil บน Kria K24 SOM ขณะโหลด bitstream ไปยังโมดูล และ AMD ที่เผยแพร่โดย NVIDIA สำหรับพลังงานเริ่มต้น/ไม่ได้ใช้งานของ Jetson Nano (10 วัตต์) และ Jetson TX2 (15 วัตต์)

Kria K24 SoM รัน PetaLinux ที่ใช้ Yocto หรือ Ubuntu Server 22.04 Linux และรองรับ HW acceleration ที่สร้างไว้ล่วงหน้าด้วย Vitis motor control libraries สามารถติดตั้งแอปเพิ่มเติมได้จาก Kria App Store และยังสามารถใช้ Python และMATLAB Simulink เพื่อโปรแกรมโมดูลและชุดเริ่มต้น KD240 Drives ที่แสดงด้านล่าง รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับซอฟต์แวร์สามารถหาได้ใน wiki

สเปค KD240 Drives Starter Kit:

• SoM – Kria K24 SOM ตามที่อธิบายข้างต้น พร้อมกับฮีตซิงก์
• ที่เก็บข้อมูล – QSPI flash 512 Mbit, ช่องเสียบ MicroSD card ทั้งสองสามารถบูตได้
• เครือข่าย
  • 2x พอร์ต PL Gigabit Ethernet RJ45 พร้อมรองรับ time-sensitive networking (TSN) และรองรับ EtherCAT
  • 1x พอร์ต PS Gigabit Ethernet พอร์ต RJ45
• USB – 2x พอร์ต USB 3.0 Type-A
• Serial – CAN Bus และ Terminal blocks RS485
• การควบคุมมอเตอร์
  • คอนเนกเตอร์ Torque sensor
  • คอนเนกเตอร์ 3-phase motor
  • คอนเนกเตอร์ Brake control
    คอนเนกเตอร์ DC Link
  • คอนเนกเตอร์ QEI (Quadrature Encoder Interface) แบบ Single-ended
  • คอนเนกเตอร์ QEI แบบ Differential
• การขยาย
  • คอนเนกเตอร์ PMOD 12 ขา
  • อินเทอร์เฟสแบบ 1 สาย
• การดีบัก – ขั้วต่อ JTAG, พอร์ต micro USB สำหรับ JTAG/อนุกรม
• อื่นๆ – คอนเนกเตอร์พัดลม
• แหล่งจ่ายไฟ – ช่อง DC jack
• ขนาด – 124 x 142 x 37 มม.
• น้ำหนัก – 237 กรัม

เป้าหมายการใช้งาน ได้แก่ ระบบมอเตอร์ไฟฟ้า, หุ่นยนต์สำหรับระบบอัตโนมัติในโรงงาน, การผลิตไฟฟ้า, การขนส่งสาธารณะ เช่น ลิฟต์และรถไฟ, หุ่นยนต์ผ่าตัด, อุปกรณ์ทางการแพทย์ (เช่น เตียง MRI) และสถานีการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า EV

K24 SOM และ KD240 Drives Starter Kit สามารถสั่งซื้อได้ เวอร์ชัน K24 เชิงพาณิชย์มีความพร้อมจัดส่งได้เลย แต่เวอร์ชันอุตสาหกรรมจะเริ่มจัดส่งในไตรมาสที่ 4, ส่วน Kria KD240 Drives Starter Kit สามารถซื้อได้ที่ร้านค้าออนไลน์ของ TI โดยตรงหรือผ่านตัวแทนจำหน่าย ราคา $399 (~14,000฿) และชุดอุปกรณ์เสริมสำหรับมอเตอร์ราคา $199 (~7,000฿) สามารถอ่านละเอียดเพิ่มเติมบนเพจสินค้าและข่าวประชาสัมพันธ์

แปลจากบทความภาษาอังกฤษ : AMD Kria K24 Zynq Ultrascale+ system-on-module targets motor control and DSP applications