인텔® FPGAs를 통한 산업 자동화의 에지에서 클라우드까지 혁신
인텔 FPGAs을 통해 각 산업에서 안전하고 신뢰할 수 있으며 최적화된 설계를 개발할 수 있습니다.
인텔® FPGAs로 업계 과제 해결
인텔은 산업 자동화 분야에서 에지에서 클라우드까지 혁신을 지원하는 솔루션을 제공합니다. 인텔® FPGAs를 통해 각 산업에서 안전하고 신뢰할 수 있으며 최적화된 설계를 개발할 수 있습니다. 인텔은 인공 지능, 에지 컴퓨팅 및 로봇 공학을 포함한 다양한 응용 프로그램 사용 사례에 맞는 광범위한 FPGAs 및 ARM 코어 통합 SoC 장치, 도구, IP, 참조 솔루션 등을 제공합니다.
스마트 에너지
스마트 에너지 애플리케이션에서 FPGAs 사용하면 향상된 성능, 유연성, 실시간 처리, 에너지 효율성, 통합 기능, 확장성 및 향상된 보안과 같은 이점을 얻을 수 있습니다. 이러한 이점은 지속 가능하고 최적화된 에너지 생성, 분배 및 소비를 지원할 수 있는 효율적이고 안정적이며 지능적인 에너지 시스템의 개발에 기여합니다.
운송 차량이 전기화됨에 따라 연료 소비에서 전기 에너지 소비, 전력 변환기의 효율성 및 비용으로 관심이 전환됩니다. DC 고속 충전(DCFC) 기술은 충전이 스테이션 내에서 완전히 이루어지는 레벨 3 EV 충전소에서 사용되며 DC 전원을 사용하여 사용자가 30분 만에 EV를 완전히 충전할 수 있습니다.
FPGAs은 매우 높은 주파수에서 맞춤형 디지털 제어를 가능하게 하는 고유한 기능을 제공합니다. 수동 부품의 크기와 비용을 줄이고 AC/DC 전력 변환 시 손실되는 전력을 최소화하는 데 유용합니다.
FPGAs 배터리 관리도 지원합니다. AC 전원으로 충전하는 것과 달리 DC 고속 충전은 EV 배터리에 과부하가 걸릴 위험이 있으며, 이는 시간이 지남에 따라 배터리의 부패 또는 범위 손실에 기여할 수 있습니다. FPGAs 셀 전체에 부하를 균등하게 분산하는 데 필요한 컴퓨팅을 제공하여 배터리와 BMS를 지원하여 부식 위협을 제거하고 배터리 수명을 연장합니다.
신뢰할 수 있고 효율적이며 비용이 적게 드는 태양열 또는 태양광(PV) 시스템을 생산하는 것은 태양 에너지의 경쟁력을 높이는 데 중요합니다. 이는 다음 요구 사항을 충족하기 위해 태양광 인버터 아키텍처를 설계하는 데 어려움을 야기합니다.
- 증가하는 전력 수요에 맞춰 중앙 발전으로 분산된 재생 에너지원을 공급하기 위한 신뢰성과 긴 서비스 수명.
- 3레벨 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 및 와이드 밴드갭 SiC-FET와 같은 고급 제어 알고리즘 및 전력 토폴로지를 사용하여 효율성을 높이고 단가를 낮춥니다.
- 전력 품질 모니터링 및 제어를 포함하는 로컬 그리드 규정 준수.
과거에 기존 PV 인버터 아키텍처는 MPPT(최대 전력점 추적) 및 DC-DC 제어를 위한 DSP, DC-AC 제어를 위한 FPGA 및 시스템 통신을 처리하기 위한 별도의 MCU로 구성되었습니다. 이러한 세 가지 개별 시스템 구성 요소는 DSP 제어 루프, DC-DC 및 DC-AC 변환 및 통신을 모두 단일 장치에 통합하여 인텔® FPGA로 집계할 수 있습니다.
전력 분배 및 전력망 관리는 변화를 겪고 있으며 다음과 같은 몇 가지 이유로 새로운 기술 접근 방식의 초점이 되었습니다.
노후화 된 장비.
분산 에너지 자원(DER)은 예를 들어 그리드에 전기를 다시 공급하고 차고에서 전기 자동차를 충전하는 태양 전지판의 수가 증가하기 때문에 그리드 불안정에 기여합니다.
전력 품질 모니터링 및 제어를 포함하는 로컬 그리드 규정 준수.
신뢰성을 찾는 유틸리티; 자본 지출/운영 비용 절감 및 부동산 비용 절감.
공급업체 종속을 방지하기 위한 유틸리티별 장비 표준화.
인텔 FPGAs는 새롭게 변화하는 전력망에 이상적입니다. 이중화 네트워크의 실제 스위칭 요구 사항을 충족합니다. 인텔 FPGAs는 HSR/PRP 이중화 및 진화하는 HSR/PRP 표준을 통해 Gbps 이더넷 트래픽 성능 요구 사항을 충족합니다.
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3상 부스트 양방향 AC/DC 컨버터
이 설계 예는 EV 충전을 위한 3상 부스트 양방향 AC/DC 컨버터의 구현을 보여줍니다. MAX® 10 및 Cyclone® V SoC FPGA 개발 키트는 이 참조 설계의 대상 장치입니다.
MAX® 10 DC-DC 컨버터
설계 사례는 가변 전압 제어(VVC)로 하이브리드 DC-DC 컨버터를 제어할 수 있는 디지털 컨트롤러를 보여줍니다. 이 설계에서는 DSP Builder for 인텔 FPGAs(고급 블록 세트)를 사용하여 VHDL 제어를 시뮬레이션하고 합성합니다. 이 설계는 인텔 MAX 10 FPGA 개발 보드를 대상으로 합니다.
FRS(Flexibilis 중복 스위치)
FRS는 HSR/PRP 기능을 제공하는 IP 코어로, 3배속(1Mbps/10Mbps/1Gbps)으로 3-8포트 레이어 2 스위치를 지원합니다. TTTech의 평가 키트, 사용 설명서 및 참조 설계에 액세스할 수 있습니다.
로봇 공학
FPGAs는 짧은 대기 시간, 기능적 안전, 결정론적 컴퓨팅, 연결성 등과 같은 로봇 응용 프로그램에 이점을 제공합니다. AMR, AGV 및 6축 로봇 팔과 같은 정적 및 모바일 로봇을 지원합니다. 우리는 여러 로봇 솔루션을 제공합니다.
로봇은 산업 현장에서 점점 더 보편화되고 있습니다. 초고속 산업용 로봇은 조립, 용접 및 픽 앤 플레이스와 같은 어렵고 위험한 작업을 처리합니다. 협동 로봇 또는 코봇은 인간과 함께 작동하므로 기능적으로 안전한 환경이 필요합니다. 자율 모바일 로봇(AMR)은 많은 비전 가이드로 개별적으로 그리고 클라우드 제어 무리에서 작동합니다.
인텔은 다음을 통해 산업용 로봇에 대한 요구 사항을 제공할 FPGAs 있습니다.
- 결정론적 컴퓨팅: 로봇 공학에 정밀 및 다축 모터 제어 이점을 제공하여 BOM 비용을 크게 낮추고 대기 시간을 줄여 정확도를 향상시킵니다.
- 인터넷: TSN(Time-Sensitive Networking)은 단일 로봇의 여러 축과 여러 로봇 사이를 조정합니다.
- 기능 안전: 인텔 기능 안전 데이터 패키지(FSDP) 및 TÜV 라인란드 인증 CAT3 PLD 안전 개념은 FuSa 기능을 제공하고 고객의 인증 주기를 단축하여 시장 출시 시간을 단축합니다.
인텔® FPGA Video and Vision Processing IP Suite, OpenVino™ 툴킷 및 인텔® FPGA AI Suite와 함께 안전 위험 감지 및 물체 인식/분류와 같은 색상 및 모양 검사 이상의 비전 기능을 배포할 수 있습니다.
Veo Robotics: FreeMove 3D 보호 시스템
Veo Robotics는 인텔® FPGAs를 사용하여 유연한 인간 대 로봇의 협업을 위한 Veo FreeMove* 3D 보호 시스템을 구현합니다.
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Agilex® 7 FPGA 드라이브 온 칩 설계 예
인텔 drive-on-a-chip 모터 제어 참조 디자인은 Agilex® 7 장치에 통합된 드라이브 시스템입니다. 이 설계는 최대 2개의 3상 영구 자석 동기식 모터(PMSM) 또는 브러시리스 DC(BLDC) 모터의 동기식 제어를 보여줍니다. 다른 모터 유형에 맞게 설계를 조정할 수 있습니다.
Cyclone®V 및 MAX® 10 FPGAs 드라이브 온 칩 설계 예제
인텔 drive-on-a-chip 모터 제어 참조 디자인은 단일 Cyclone V SoC 또는 MAX 10의 통합 드라이브 시스템입니다. 이러한 설계는 최대 4개의 전자석 동기식 모터의 동시 제어를 지원하는 단일축 및 다축 FOC(field-oriented control)를 구현합니다.
머신 비전 및 AI
FPGA는 데이터의 직접 수집, 파이프라인 이미지 처리 및 결정론적이고 짧은 대기 시간으로 AI 구현을 가능하게 합니다.
머신 비전 기술은 더 높은 이미지 해상도, 더 높은 프레임 속도, 새로운 인터페이스 채택 및 AI 채택을 위해 빠르게 발전하고 있습니다.
머신 비전에 사용되는 카메라 및 기타 장비는 이미지 신호 처리(ISP), 비디오 전송, 형식 변환 및 분석과 같은 다양한 작업을 수행합니다. 카메라 센서의 빈번한 기술 개선, 인공 학습 및 딥 러닝 기반 비디오 분석의 발전으로 인해 인텔®은 차세대 머신 비전 카메라, 프레임 그래버 및 비전 컨트롤러에서 핵심적인 역할을 할 FPGAs 있습니다.
- 다양한 유형의 이미지 센서 및 MV 시스템 장치에 유연하게 인터페이스할 수 있습니다.
- 결함 픽셀 보정, 감마 보정, 다이내믹 레인지 보정 및 노이즈 감소와 같은 기술을 포함하는 전체 이미지 센서 파이프라인(ISP)을 통합하기 위한 빠른 처리.
- AI 딥 러닝 프레임워크, 모델 및 토폴로지를 지원하여 FPGA 기반 CNN(컨벌루션 신경망) 추론 가속기를 구현합니다.
Hamamatsu Photonics: 고성능 산업용 카메라
Hamamatsu는 실시간 이미지 처리 기능과 고대역폭 인터페이스로 인해 고성능 ORCA-Quest* 과학 카메라와 새로운 X선 식품 검사 시스템을 위해 Arria® 10 및 Cyclone® 10 FPGAs를 선택했습니다.
크리티컬 링크 LLC: MityCAM
Critical Link LLC는 인텔® FPGA AI Suite USB3 Vision 인터페이스가 있는 Canon 5MP 이미지 센서용 MityCAM 카메라 평가 키트에 통합합니다. 또한 Arria® SoC FPGA 사용하여 물체 감지, 이미지 처리 워크로드 및 센서/디스플레이 인터페이스를 모두 하나의 칩에서 수행합니다.
ISP(이미지 신호 처리) 디자인 예제 시작하기
인텔® FPGA IP 코어 컬렉션으로 고급 카메라 제품을 개발하십시오. 이러한 IP 코어는 맞춤형 실시간, 저지연 이미지 및 비디오 처리, 풍부한 프로그래밍 인터페이스(API)와 표준 인터페이스를 통한 사용 편의성을 갖춘 이 IP 코어는 ISP 제품의 시장 출시 시간을 가속하는 플러그 앤 플레이 프로세스를 지원합니다.
스마트 제조
FPGAs 센서, 액추에이터, 머신 러닝 알고리즘과 같은 다양한 구성 요소와 시스템을 원활하게 통합하여 스마트 제조 환경에서 지능형 의사 결정, 예측 유지 관리 및 적응형 제어를 촉진합니다.
모터와 드라이브는 생산, 조립, 포장, 로봇 공학, 컴퓨터 수치 제어(CNC), 공작 기계, 펌프 및 산업용 팬의 수많은 산업 공정에 동력을 공급합니다. 이러한 모터 구동 시스템은 산업 에너지 소비의 2/3 이상을 차지하므로 효율적인 운영이 공장 수익에 매우 중요합니다.
인텔® FPGAs 및 SoC FPGAs 사용하여 모터 제어 및 모션 제어 시스템을 설계하면 다음을 통해 전체 소유 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
- 시스템 통합: 산업용 네트워킹, 기능 안전, 인코더, 전력단 인터페이스 및 디지털 신호 처리(DSP) 제어 알고리즘을 단일 장치에 통합하여 자재 명세서(BOM), 소비전력 및 신뢰성 문제를 낮춥니다.
- 확장 가능한 성능: 전체 제품 라인에 걸쳐 확장 가능한 단일 플랫폼을 사용합니다. 더 빠르고 더 발전된 결정론적 제어 루프를 통해 더 높은 성능을 달성합니다.
- 기능 안전: 기계류 지침 IEC61508 안전 표준을 충족하는 장치 및 도구로 규정 준수 시간과 노력을 줄이십시오.
PLC(Programmable Logic Controller)는 산업 공정의 자동화를 제어하는 데 사용되는 산업용 컴퓨터입니다. PLC는 열악한 공장 조건을 견디고 다양한 산업 공정의 실시간 모니터링 및 제어를 수행하도록 설계된 컴퓨터 기반 솔리드 스테이트 장치입니다.
PLC는 거의 모든 산업 공정에서 광범위하게 사용되지만 현재 시스템은 일반적으로 폐쇄형 시스템으로서 특정 도메인에 최적화되어 있습니다. 인더스트리 4.0이 네트워크를 통해 여러 도메인에 걸쳐 자동화를 가속화함에 따라 PLC는 워크로드 통합을 가능하게 하는 소프트웨어 기능으로 더 큰 컴퓨팅 플랫폼(예: 에지 컴퓨터)에 통합되고 있습니다.
FPGAs는 일반적으로 I/O 확장, 산업용 이더넷 및 필드 버스 통신 장치에 사용되어 PLC의 결정적이고 대기 시간이 짧은 병렬 컴퓨팅을 지원합니다. 또한 일부 PLC는 안전이 중요한 애플리케이션에 사용되므로 FPGA는 기능 안전에 사용됩니다. 인텔과 파트너는 다양한 IP 코어, 안전 인증 SKU 및 기능 안전 데이터 패키지를 제공합니다.
인텔과 TTTech의 TSN 솔루션
IEEE 802.1 TSN은 다양한 공급업체의 산업용 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션을 혼합 및 매칭하여 실시간 결정론적 연결성을 제공합니다.
인텔과 TTTech Industrial Automation AG는 선불 라이선스 비용, 유닛당 로열티 보고 및 장기간의 협상이 없는 즉시 사용 가능한 솔루션을 제공합니다.
인텔® FPGA용 TTTech TSN IP 솔루션은 다음을 지원합니다.
3/5 포트 10/100/1000 Mbit/s 스위치 엔드포인트
IEEE 802.1 AS, IEEE 802.1 CB, Qbv, Qbu, Qcc
Linux* 커널 4.14 LTS
- 컷스루, 저장 및 전달
인텔 및 Softing과 함께하는 산업용 이더넷 솔루션
인텔® FPGA 기반 Industrial은 레거시 산업용 이더넷의 원활한 통합을 위한 연결을 제공합니다.
설계에 산업용 이더넷을 보다 쉽게 추가할 수 있도록 인텔과 Softing Industrial Automation GmbH는 선불 라이센스 비용, 단위당 로열티 보고 및 장기간의 협상이 필요 없는 즉시 사용 가능한 솔루션을 제공합니다.
이 솔루션에는 Profibus, Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP 및 Modbus 프로토콜이 포함되어 있습니다. 라이센싱은 부팅 시 FPGA에 로드된 프로토콜 IP의 잠금을 해제하는 외부 보안 CPLD를 사용하여 추적됩니다.
Exor 임베디드 SoM(시스템 온 모듈)
Exor는 강력한 품질과 긴 수명 주기 지원으로 제조 사용 사례에 이미 사용되고 있는 것으로 입증된 TSN 및 브라운필드 프로토콜을 위한 인텔® FPGA 기반 프로덕션, 배포 가능한 SoM 및 RRK를 제공합니다.
ISO 13849-1 고양이. 3 PLd
TÜV SÜD의 기술 안전 개념은 고양이를 달성하는 방법을 설명합니다. 3 TÜV 라인란드에서 검토 및 승인한 ISO 13849-1 및 IEC 61508 SIL 2에 따른 PL d 등가 위험 감소. 산업 공정 자동화 및 기계류 안전 애플리케이션을 위한 Cyclone® V SoC FPGA 및 외부 안전 로직(ESL) 장치를 사용하여 인텔® SoC FPGA 기반 시스템을 구현할 수 있음을 보여줍니다.
기능 안전 데이터 패키지(FSDP)
도구 및 장치 인증과 TI의 인증된 안전 무결성 레벨 3(SIL3) 기능 안전 데이터 패키지의 지침을 사용하여 개발자는 IEC 61508 개발 시간을 단축하고 안전이 중요한 여러 산업 응용 프로그램에서 인증 위험을 줄일 수 있습니다.
또한 Safety Separation Design Flow는 빠른 업그레이드/버그 수정의 FPGA 이점을 유지하면서 전체 설계 재인증의 필요성을 줄입니다.
NewTec의 SafeFlex 안전 참조 보드
최대 SIL3 및 IEC 13849 PLe Cat 4까지 IEC 61508 인증이 필요한 안전 설계에 대한 고객의 설계 노력을 더욱 줄이기 위해 인텔과 NewTec은 SafeFlex 기능 안전 참조 보드를 개발하기 위해 협력했습니다.
FPGAs로 반도체 제조 장비 지원
이 백서에서는 마스크 라이터 및 표면 검사 도구에 인텔 FPGAs 통합하여 기계 성능을 개선함으로써 전 세계 파운드리가 칩 수요를 충족할 수 있도록 지원할 것을 제안합니다.
V-Sync: V-Sync의 스마트 벤딩 모터 제어
V-Sync는 실시간 응답성과 제어 기능을 제공하는 인텔® FPGA 사용하여 스마트 자판기에서 12개의 I2C 포트에 대한 모터 제어를 구현합니다.
백서
인텔 및 파트너 솔루션 찾아보기
인텔의 즉시 배포 가능한 솔루션과 파트너 에코시스템을 활용하여 프로젝트를 가속화하십시오.