Signaloid C0-microSD : โมดูล (SoM) ที่ใช้ iCE40UP5K FPGA ในรูปแบบ microSD card

Signaloid เป็นบริษัทตั้งอยู่ที่เมืองเคมบริดจ์ อังกฤษ ได้ทำธุรกิจในด้านฮาร์ดแวร์และ Cloud Computing ได้เริ่มการระดมทุนผ่านแพลตฟอร์ม crowdfunding สำหรับ C0-microSD ซึ่งเป็นโมดูล (System-on-Module หรือ SoM) ขนาดจิ่วที่ใช้ FPGA iCE40UP5K จาก Lattice Semiconductor ในรูปแบบของ microSD card มาพร้อมกับ RISC-V softcore ที่ถูกโหลดมาแล้วในตัว และและผู้ใช้สามารถโหลด การออกแบบ FPGA ที่กำหนดเองลงบนบอร์ดได้

Signaloid C0-microSD มีความน่าสนใจที่ รูปแบบการออกแบบเป็น SD card ซึ่งทำให้มันสามารถเสียบเข้ากับ ช่อง SD หรือ microSD ที่ไม่ได้ใช้งาน ในระบบต่าง ๆ ได้อย่างง่ายดาย ซึ่งช่วยให้สามารถ เพิ่มการเร่งความเร็วด้วย FPGA ในระบบที่ไม่มี การขยายแบบดั้งเดิม เช่น PCIe หรือ M.2 slots ได้ โดยไม่ต้องมีการออกแบบฮาร์ดแวร์ใหม่ทั้งหมด นอกจากนี้ยังสามารถใช้ เป็นอุปกรณ์ SD block device มาตรฐานและใช้ในการนำการประมวลผลข้อมูลแบบเร่งความเร็วด้วยฮาร์ดแวร์ไปใช้ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม การผลิต และหุ่นยนต์ได้

โมดูล FPGA iCE40UP5K มีการใช้งานหลัก 2 รูปแบบได้แก่ hot-pluggable FPGA module ที่สามารถเสียบปลั๊กแล้วใช้งานได้เลย หรือ hot-pluggable RISC-V co-processor module แบบเสียบปลั๊กแล้วใช้งานได้เลย การใช้งานผ่าน SD interface ทำให้สามารถ โหลด FPGA bitstreams และแอปพลิเคชัน ที่กำหนดเองจาก host computer ลงไปในโมดูลได้โดยตรง

เราเคยกล่าวถึง FPGA SoM ขนาดเล็กหลายตัว เช่น MYIR Tech’s MYC-J7A100T , NiCE5340 SoM , iW-RainboW-G58M ของ iWAve แต่ C0-microSD เป็นตัวแรกที่เราเคยเห็นในรูปแบบ microSD card

สเปคของ Signaloid C0-microSD :

FPGA – Lattice UltraPlus iCE40UP5K FPGA พร้อม
- 5.3K LUT ต่อครั้ง
- SPRAM 1Mbit, DPRAM 120Kbit
- internal oscillator 48MHz
- Signaloid C0 RISC-V softcore ที่โหลดมาแล้ว
หน่วยความจำ – หน่วยความจำแบบ non-volatile storage 128Mb (16MB) ( Renesas AT25QL128A SPI Flash)
USB – ผ่านอะแดปเตอร์ USB to MicroSD
การเชื่อมต่อ – อินเทอร์เฟส SD, SD-over-SPI
การขยาย
- 6x programmable I/O pins บน SD interface
- 5x programmable pins บนแผ่น pads
อื่นๆ – ไฟ LED บนบอร์ด 2 ดวง (1x สีแดง, 1x สีเขียว) สำหรับแสดงสถานะ
ฟอร์มแฟกเตอร์ – microSD card

Signaloid ยังได้พัฒนา Carrier Board ที่เข้ากันได้กับ Raspberry Pi CM4 ชื่อ Signaloid SD-Dev ซึ่งช่วยให้สามารถทดสอบและใช้งาน C0-microSD ในโหมด standalone ได้ง่ายขึ้น

สเปคของ Signaloid SD-Dev Carrier Board :

SoM ที่รองรับ – Raspberry Pi CM4 หรือ CM4 Lite
เอาท์พุตวิดีโอ – 1x Micro HDMI
USB
- 2x พอร์ต USB Type-C downstream
- 1x พอร์ต USB Type-C upstream
การขยาย
- คอนเกนเตอร์ JST สำหรับเชื่อมต่อกับ SPI และ I²C peripherals
- 1x full-size SD slot และ 1x microSD slot (สำหรับ Signaloid C0-microSD หรือการใช้งาน SD cards ปกติ)
- 1x microSD slot สำหรับเก็บระบบปฏิบัติการของ Raspberry Pi CM4
แหล่งจ่ายไฟ – 1x USB Type-C (เฉพาะจ่ายไฟเท่านั้น)
รองรับทั้งโหมด Peripheral และ Standalone
ขนาด – 57 x 57 มม.

Signaloid C0-microSD รองรับ เครื่องมือพัฒนาโอเพนซอร์ส ที่ใช้กับ FPGA iCE40 เช่น Icestorm, Yosys, NextPnR, Icestudio, รวมถึง AmaranthHDL และLiteX framework นอกจากนี้ยังมี เอกสารออนไลน์ ที่ให้คำแนะนำการใช้งานแบบละเอียด แผนวงจรฮาร์ดแวร์, โค้ดตัวอย่าง และซอฟต์แวร์ยูทิลิตี้ ที่สามารถดาวน์โหลดได้จาก GitHub

Signaloid ระบุถึงการใช้งานและแอปพลิเคชันของโมดูล รวมถึงการคำนวณคณิตศาสตร์ที่แน่นอน (Deterministic Arithmetic) บนการแจกแจงความน่าจะเป็น สามารถใช้โมดูลนี้ในการประมวลผลการคำนวณที่ต้องการความแม่นยำสูง เช่น การคำนวณค่าทางสถิติจากข้อมูลที่มาจากอุปกรณ์เก่าที่ขอบของเครือข่าย, การเร่งความเร็วด้วย FPGA สำหรับระบบฝังตัว (Embedded Systems) ที่ใช้พลังงานต่ำสามารถนำมาใช้ในการ เร่งความเร็วการประมวลผล ในระบบที่ใช้พลังงานต่ำ เช่น PLC (Programmable Logic Controllers) บน โรงงานผลิต ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและลดเวลาในการประมวลผล และผู้ที่ชื่นชอบ (Hobbyist) หรือ Maker สามารถใช้สำหรับโปรเจกต์ที่ทำกับฮาร์ดแวร์ที่รองรับ Arduino นอกจากนี้โมดูล FPGA iCE40UP5K ยังสามารถใช้เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ขนาดเล็กและใช้พลังงานต่ำ ด้วยการใช้ LiteX framework สำหรับแอปพลิเคชันฝังตัว

แคมเปญ Crowd Supply สำหรับ Signaloid C0-microSD FPGA SoM ได้รับการระดมทุนทะลุเป้าหมายที่ $2,500(~86,000฿) ภายในไม่กี่วันหลังจากเปิดแคมเปญ โดยราคาของโมดูล C0-microSD เพียง $45(~1,500฿) แบบซื้อแยกต่างหาก หรือสามารถซื้อชุดโมดูล C0-microSD พร้อม Raspberry Pi CM4 carrier board ในราคา $180(~6,000฿) การจัดส่งมายังประเทศไทยประมาณ $12(~400฿) คาดว่าการจัดส่งจะเริ่มในวันที่ 9 พฤษภาคม 2025

แปลจากบทความภาษาอังกฤษ : Signaloid C0-microSD is an iCE40UP5K FPGA SoM in the microSD card form factor (Crowdfunding)