AMD Kria K24 SOM加速工业及商业电机控制应用创新

电机控制系统无处不在，据统计电机控制消耗了全球工业能源总用量的70%。随着电机系统变得更加精密复杂，提供各种速度能力，并且越来越多采用新材料设计，包括碳化硅和氮化镓来提升效率与性能，同时还能够降低能耗。新的现代电机需要先进的电机驱动系统来控制这些电机，这样才能使其扭矩、速度以及应变速达到最大，同时还能使能耗降到最低。电机驱动系统主要是有三个要素，第一是驱动器，第二是供电部分，第三是电机本身。因此专家也表示，提高电机的效率将对全球用电量产生显著的积极影响。提高这些应用的效率够使能耗降低15%到40%。所以，如果能够提升这些复杂电机的控制系统以及控制这些电机的电度的话，对于全球用电量会产生非常大的影响。

AMD近日推出AMDKria K24系统模块（SOM）和KD240驱动器入门套件，这是Kria自适应SOM及开发者套件产品组合的最新产品。AMDKria K24SOM能以小尺寸提供高能效计算，面向成本敏感型工业和商业边缘应用。先进的集成扇出（Integrated Fan-Out，InFO）封装令K24尺寸仅为信用卡一半大小，与此同时，功耗也是连接器相兼容的更大尺寸Kria K26 SOM的一半。用户通过这个产品可以降低能源消耗、能够增加扭矩和其它的性能特点，同时还能进行预测性维护和OTA、降低噪音和震动，以及提升电机的生命周期。Kria SOM有一个优势，那就是不需要FPGA方面的专业知识，和之前的Kria SOM产品一样，新推出的Kria K24SOM也支持新用户使用非自适应计算的工具，比如Python和MATLAB Simulink这些开发流程。

K24 SOM提供了高水平确定性和低时延，适合为边缘端计算密集型数字信号处理（DSP）应用中使用的电气传动和电机控制器供电。主要应用包括电机系统、工厂自动化机器人、发电、电梯与列车等公共交通、手术机器人和磁共振成像（MRI）床体等医疗设备以及电动汽车充电站。结合KD240驱动器入门套件这款开箱即用的、基于电机控制的开发平台使用时，产品便可提供利用K24 SOM进行量产部署的无缝路径。用户可以快速启动并运行，从而加快电机控制和DSP应用上市进程，而无需具备FPGA编程专业知识。

K24 SOM作为K26 SOM的补充和延伸，两者基于同样的Zynq UltraScale+ MPSoC架构，都是A53四核以及双R5F处理器，都带有非常出色的外设。两者之间的不同点之处在于，K24 SOM堪称K26 SOM的可扩展版，对于关注尺寸、功耗、成本等方面的设计，K24 SOM是更为理想的选择。K24 SOM支持最新版本22.04Ubuntu OS，I/O数量要比K26 SOM少，LPDDR的数量是K26 SOM的一半。工业级的K24 SOM的2GB的LPDDR4由ECC支持。K24 SOM可以在电路板上做很多人工智能方面的操作，能够支持人工智能（AI）推理深度神经网络处理单元，它也可以应用于很多场景，创造更多的数据集，可以用人工智能推理来应用于这些数据集，无论是在本地还是云端。在工业物联网的工业4.0时代，电机控制系统的职能不仅是控制电机这么简单，在工业物联网上面也有很多的功能是K24 SOM都支持的。

K24 SOM使用的Zynq UltraScale+自适应SoC是专门为K24 SOM设计的。它能够实现混合关键性，就是一些用户功能能够给予实时优先级，通过这个功能非常简单地控制不同任务之间的优先级。这个产品也可以通过使用MPSoC来确保功能安全性，提升网络安全，甚至还有一个内置HMI。可编程的I/O结构可以与任何传感器进行连接，包括环境、方向、视觉和其它传感器。另外，K24 SOM还能够支持工业互联网从EtherCAT到TSN。K24 SOM能够支持在业界比较普遍的40多种工业互联网标准。K24 SOM是一个基于ARM处理系统的可编程逻辑器件，所以它也有很多特定性能。K24 SOM的尺寸只有信用卡的一半，通过采用InFo封装技术（全球只有两家公司能够获得这样的技术），实现了更小型封装MPSoC器件，带来更为紧凑的Kria SOM。

FPGA这样的自适应技术比嵌入式计算当中的其它架构更加有优势，相比于DSP，它可以完全实现并行并具有四大性能方面的优势。第一，因为它是完全并行的，所以使用FPGA的硬件就能够带来时延方面的优势。因为只需要一个时钟周期而不是两百个时钟周期。第二个是在功耗方面的优势。如果是要以最快方式取得结果，用传统的方式，这个时钟在跑起来的时候需要几百个甚至是GHz级的速度。但是FPGA的速度可以更慢也可以节约用电，只要200 MHz就可以了。第三个优势是灵活应变性，使得开发人员可以在功耗、时间以及时钟速度方面进行取舍，也就是可以实现时分复用，例如，您不需要在一个时钟周期内完全200次操作，你只要在四个时钟周期内进行200次操作，可以根据具体任务进行调整。最后一个优势是独立性。现在如果是多访问的电机控制应用，可以用FPGA的硬件来控制回路，而不是通过一个电路来控制多个电机，这样会稀释性能。

K24 SOM具备定制打造的Zynq UltraScale+ MPSoC器件，配套的KD240入门套件是一款价格低于400美元的、基于FPGA的电机控制套件。与其它基于处理器的控制套件相比，KD240支持开发人员在设计周期中更为成熟的节点入手，使入门级开发人员能够轻松使用。

K24 SOM满足用于工业环境的资格，其所支持的设计流程比此前任何一代产品都要多。其中包括Matlab Simulink等常见的设计工具与Python等语言，以及其对PYNQ框架广泛的生态系统支持。此外，它还支持Ubuntu和Docker。软件开发人员也可在使用AMD Vitis™电机控制库的同时，保持对传统开发流程的支持。

随着Kria K26 SOM的发布，AMD推出了首个面向边缘应用的应用商店（App Store）。通过推出KD240入门套件，AMD现在率先提供预构建的电机控制应用，使用户能够创建可靠、可用且具有高级安全功能的高能效工业解决方案。