פתרונות SoM לפיתוח מהיר של יישומי ראיית מכונה

מאת: איגור גרינבלט *

הכתבה בחסות חברת ארו אלקטרוניקס ישראל (Arrow Electronics)

פיתוח מוצר משובץ (Embedded) חדש הוא תהליך מורכב המחייב קבלת החלטות רבות מאוד בשלבים שונים של הפרויקט. אחת מההחלטות הראשונות והקריטיות ביותר היא בחירת פלטפורמת הפיתוח: האם להתבסס על תכנון מערך דיסקרטי של רכיבים (מעבדים, זיכרונות, ממשקי תקשורת ועוד) או לבצע את הפיתוח באמצעות כרטיס SoM – System-on-Module מוכן.

כרטיסי SoM מאפשרים למפתח להתמקד בטכנולוגיית הליבה המרכזית של הפתרון ולחסוך את הזמן והמאמץ הכרוכים בפיתוח תשתית גנרית המקיפה את הטכנולוגיה שלו: מרכיבי חומרה כגון מעבד, רכיבי זיכרון, תקשורת אלחוטית ומעגלי הספק – וגם מרכיבי תוכנה כמו דרייברים וחבילת תמיכה (BSP – Board Support Package). הדבר פוטר את המפתחים מהצורך לעסוק בפיתוח מעגל שכבר פותח פעמים רבות בעבר – ולהסתמך על מודול בדוק – שעבר הסמכה לתקנים התעשייתיים הנדרשים.

ביישומים משובצים רבים מתחבר כרטיס ה-SoM הגנרי לכרטיס נושא (carrier board) שאותו מפתחת החברה. ההחברות נעשית באמצעות הלחמה או חיבור מכני. לעיתים, כאשר המוצר מיוצר בכמויות גדולות מאוד, החברה שאימצה את ה-SoM מבצעת תהליך של Chip down design, כלומר מפתחת פתרון משלה המשלב את ה-SoM ואת ה-Carrier בכרטיס אחד משותף. בכל מקרה, במקרים רבים ה-SoM הוא פתרון אופטימלי לשלבי התחלת הפרויקט.

חברת ארו ישראל מציעה מגוון פתרונות SoM לכל מטרה. חברות שמציעות פלטפורמות SoMs משתמשות לרוב במעבדי יישומים (Application processors) מרובי ליבות של היצרנים המובילים בתחום, דוגמת Qualcomm ו-NXP. בכתבה הזו נתמקד במספר פתרונות מרכזיים המבוססים על מעבדי ARM ומותאמים ליישומי בינה מלאכותית וראיית מכונה.

פתרונות מבוססי i.MX8M

זו משפחה של מעבדי יישומים הטרוגניים (בעל ליבות המבוססות על יותר מארכיטקטורה אחת) בעלת מספר וריאציות סביב 4 ליבות ARM Cortex A-53 וליבת זמן אמת M4F הפופולרית בעולם המיקרו-בקרים. היא כוללת מספר ערוצי אודיו ותמיכה באחת או שתי מצלמות MIPI CSI, ומכוונת בעיקר לשוק המוצרים הביתיים והתעשייתיים. הכרטיסים תומכים במגוון מערכות הפעלה, דוגמת Win10IoT, Android, Linux ו-FreeRTOS עבור ליבת זמן האמת. נוכחות ממשקי PCIe, USB ו-Ethernet תלויה בדגם הספציפי.

פתרונות מבוססי i.MX8M Plus

משפחת i.MX8M Plus של חברת NXP כוללת מעבדים מרובעי ליבות ARM Cortex-A53 העובדים במהירות שעון של עד 2GHz, ליבה בודדת ARM Cortex-M7 לעיבוד בזמן אמת, מאיץ רשתות נוירוניות Vivante VIP8000, ומעבד DSP לעיבוד אודיו. גולת הכותרת היא שני מעבדים מובנים ייחודיים לעיבוד תמונה (ISP – Image signal processors) התומכים במצלמות לראיית סטריאו או מצלמה בודדת של 12 מגה פיקסל. הכרטיסים תומכים במערכות ההפעלה Android, Linux ו-FreeRTOS.

פתרונות מבוססי Qualcomm Snapdragon 410E – APQ8016E

רכיבי APQ8016E של חברת קואלקום כוללים מעבד A-53 מרובי ליבות הפועל במהירות שעון של עד 1.2GHz ומאיץ גרפי מסוג Adreno 306 עבור יישומי עיבוד תמונה התומך במצלמה בודדת ברזולוציה של עד 12 מגה פיקסל. הם מגיעים עם  מעבד DSP וקישוריות אלחוטית BLE/WiFi ומותאמים בעיקר למוצרי בית חכם כמו למשל רובוטי ניקוי ועזרים חכמים נוספים. הכרטיס תומך במערכות ההפעלה Android ו-Linux.

פתרונות מבוססי Qualcomm Snapdragon 820EAPQ8096SG

זהו הרכיב הבכיר ביותר במשפחה, ומתאים ליישומים הדורשים וידאו מתקדם, קישוריות אלחוטית ובטיחות מידע, כגון רובוטים תעשייתיים, קופות אוטומטיות, ומציאות מדומה. הוא כולל מעבד ISP כפול עבור מצלמות ברזולוציה של עד 28 מגה פיקסל, שמונה ליבות הניתנות להאצה עד למהירות שעון של 2.15GHz, תמיכה בווידאו 4K, יכולות קידוד וידאו H.265/H.264, שבעה ערוצי אודיו סראונד כולל אלגוריתמים לסינון רעשים אשר רצים על-גבי מעבד DSP מובנה. הכרטיס גם מספק אינדיקציית מיקום GPS/GNSS ומאפייני הבטחת מידע. הוא תומך במערכות ההפעלה Linux, Android  וגם Win10.

* איגור גרינבלט הוא מהנדס אפליקציה בחברת ארו (Arrow Electronics) ישראל.

למידע נוסף, פרטי הקשר שלו הם: 050-2003984, [email protected]

 

ואריסייט הוסיפה קו ייצור רביעי למפעל בקרית גת

חברת ואריסייט (Variscite) מלוד השלימה את הקמתו של קו ייצור חדש במפעל הייצור שלה בקרית גת, וכעת היא מפעילה ארבעה קווי ייצור המייצרים מאות אלפי כרטיסי SoM בשנה. כך גילה לאחרונה מנכ"ל ואריסייט, אוהד יניב (בתמונה למעלה), בשיחת ועידה עם משקיעים לאחר פרסום הדו"ח התקופתי של חברת טלסיס, המחזיקה בכ-68% ממניות ואריסייט.

ואריסייט מפתחת ומייצרת מודולי מחשוב (SoM) הנמצאים בליבת מוצרים אחרים, דוגמת מערכות רובוטיקה, מיכשור רפואי, מערכות תעשייתיות ועוד. בשנים האחרונות החברה נמצאת בצמיחה: במחצית הראשונה של 2020 הסתכמו מכירותיה בכ-98.7 מיליון שקל, בהשוואה לכ-87.7 מיליון שקל אשתקד. ב-2019 הסתכמו המכירות בכ-172.8 מיליון שקל, בהשוואה לכ-131.9 מיליון ב-2018 ולכ-104.4 מיליון ב-2017. טלסיס דיווחה שב-2017 היא צמחה בכ-34%, כלומר המכירות ב-2016 הסתכמו בכ-77.9 מיליון שקל.

יניב סיפר שקו הייצור הוזמן לפני משבר הקורונה, לאור הצמיחה של החברה בשנים האחרונות והתחזית שהיא תצמח גם ב-2020. אולם הוא הגיע לאחר פרוץ המשבר והותקן רק לאחרונה. בעקבות ההתקנה, התרחב מרווח הייצור של החברה לכ-50% מכושר הייצור המקסימלי בהשוואה לכ-70% לפני שנה. יניב: "הקורונה הביאה לגידול בהזמנות במיוחד בעקבות הזמנה גדולה מאוד של לקוח רפואי שלנו. קו הייצור החדש מעניק לנו את היכולת לעבוד במתכונת של ריחוק חברתי, הכוללת עבודה בקפסולות ובמשמרות".

שוק צומח, ומבוזר

חברת ואריסייט מעסיקה כ-90 עובדים ומתמקדת במודולים מבוססי ARM העומדים בתקנים צבאיים, תעשייתיים ורפואיים. היא שותפה אסטרטגית של חברת NXP אשר העניקה לה גישה ראשונית אל מעבדי i.MX עוד לפני שהם יוצאים לשוק. "בזכות שיתוף הפעולה הזה, אנחנו היום יצרן ה-SoM היחיד בעולם אשר משיק מוצרים חדשים ביחד עם השקת המעבדים החדשים על-ידי NXP".

החברה פועלת בשוק צומח. יניב מסר שההערכה בתעשייה היא ששוק ה-SoM העולמי מסתכם כיום בכ-2 מיליארד דולר, וצומח בקצב של כ-15% בשנה. מחצית מהמכירות הן של כרטיסים מבוססי מעבדי אינטל, ומחצית מהשוק הן של כרטיסים המבוססים על מעבדי ARM. כלומר, היא מתחרה בשוק בהיקף של כ-1 מיליארד דולר, שאין בו חברה דומיננטית גדולה והוא מפוזר בין ספקיות קטנות ובינוניות רבות. שוקי היעד המרכזיים שלה הם יצרני ציוד בצפון אמריקה (כ-43% מהמכירות) ובאירופה (כ-40% מהמכירות).

יניב: "יצרני הציוד מגדילים את ההסתמכות על מודולי מיחשוב, מכיוון שהם מאפשרים להם להתמקד בקניין הרוחני שלהם ולא בפיתוח, הפעלת ותמיכה במחשב המערכת. הלקוח חוסך עלויות פיתוח של 2-3 שנות אדם, ואת עלויות התמיכה במחשב לאורך חייו. הוא גם מקבל חבילת תוכנה שעברה את כל הבדיקות שלנו וליווי של הצוות הטכני שלנו. מכיוון שאנחנו מספקים את המחשב שמניע את המערכת של הלקוחות שלנו, אנחנו מתחייבים לייצר אותו לתקופה של 10-15 שנים".

מה הן המגמות המרכזיות בשוק כרטיסי ה-SoM?

"אנחנו רואים דרישה למגוון רחב של תכונות: ממשקי משתמש מתקדמים, צגים גרפיים, יכולת התחברות לרשת ולחיישנים. כבר אין מוצרים טיפשים בשוק. אפילו למכונות קפה יש מסך 7 אינטש שיכול להציג מידע גרפי ומספק תקשורת אלחוטית".

קיימת תחרות מצד יצרניות השבבים עצמם?

"אנחנו לא רואים יצרני מעבדים המנסים להוציא לשוק כרטיסי SoM. המגמה שאנחנו רואים היא דווקא הפוכה. מפתחי כרטיסים כמונו חוסכים ליצרן המעבדים את הצורך בהרבה מאוד עיסוק לוגיסטי ותמיכה בלקוח. יש לנו 5,000 לקוחות שחלקם מזמינים בכמויות של עשרות אלפי יחידות. חברות כמו NXP, לדוגמה, מעוניינות שאנחנו נספק את הלוגיסטיקה והתמיכה הטכנית הכרוכה בטיפול בהם".

כיצד אתם מרגישים את התפתחות הבינה המלאכותית?

"לאחרונה השקנו כרטיס SoM המבוסס על מעבד חדש של NXP הכולל יכולות לימוד מכונה, אבל בינתיים אנחנו לא חווים דרישה גבוהה לניצול היכולות האלה. רוב הלקוחות במגזרי השוק שלנו הם שמרניים. צריך לזכור שנדרשו לתעשייה שנים רבות להאמין בתקשורת אלחוטית ביישומים תעשייתיים, ואנחנו חושבים שגם האימוץ של בינה מלאכותית ייקח זמן. אבל כבר התחלנו בתהליך של צבירת ידע כדי לתמוך בלקוחות שרוצים לנצל את התחום הזה".