Современная электроника №4 (2023)

Реклама

Реклама

ЖУРНАЛ Здравствуйте, уважаемые друзья! Журнал «Современная электроника» Как мы и обещали, продолжаем цикл статей, посвящённых отечествен- Издаётся с 2004 года ной САПР электроники Delta Design. В этом выпуске «Современной электроники» читайте статью, посвящённую сравнению отечествен- Главный редактор Ю. В. Широков ной системы цифрового моделирования электронной аппаратуры Delta Заместитель главного редактора А. В. Малыгин Design с ближайшими доступными аналогами по функциональности и Редакционная коллегия А. Е. Балакирев, В. К. Жданкин, быстродействию. С. А. Сорокин, Д. А. Кабачник, Р. Х. Хакимов Значение ПЛИС для реализации современных супербыстродейству- Вёрстка А. М. Бабийчук ющих надёжных электронных устройств переоценить трудно. Рынок Обложка Д. В. Юсим ПЛИС крайне заманчив и быстро растёт, но конкурировать на нём с Распространение А. Б. Хамидова ([email protected]) именитыми брендами, такими как Altera или Xilinx, крайне сложно. Тем Реклама И. Е. Савина ([email protected]) не менее есть примеры весьма успешных разработок. О ПЛИС, относи- тельно молодой компании Gowin Semiconductor из Китая, мы расскажем Учредитель и издатель ООО «СТА-ПРЕСС» в нашей статье. Генеральный директор К. В. Седов Пристальный взгляд на незаслуженно забытые отечественные техно- Адрес учредителя и издателя: логии производства силовых полупроводниковых приборов поможет 117279, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 108, отечественной электронике обрести те самые преимущества импорто- пом/ком/эт I/67/тех независимости и технологического суверенитета. Об одной из забытых Почтовый адрес: 117437, г. Москва, перспективных разработок, вполне конкурентоспособной и в наши дни, Профсоюзная ул., 108 читайте в этом журнале. Тел.: (495) 232-00-87 Заходите на сайт журнала, подписывайтесь на YouTube-канал [email protected] • www.soel.ru «Современной электроники», делитесь ссылками на понравившиеся ролики со своими друзьями и коллегами. Производственно-практический журнал Всего вам доброго! Выходит 9 раз в год. Тираж 10 000 экз. Юрий Широков, главный редактор Цена свободная 2 WWW.SOEL.RU Журнал зарегистрирован в Федеральной службе по над- зору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия (свидетельство ПИ № ФС77-18792 от 28 октября 2004 г.) Отпечатано: ООО «МЕДИАКОЛОР». Адрес: Москва, Сигнальный проезд, 19, бизнес-центр Вэлдан. Тел./факс: (499) 903-69-52 Перепечатка материалов допускается только с письменного разрешения редакции. Ответственность за содержание рекламы несут рекламо- датели. Ответственность за содержание статей несут авторы. Материалы, переданные редакции, не рецензируются и не возвращаются. Мнение редакции не обязательно совпадает с мнением авторов. Все упомянутые в публикациях журнала наименования продукции и товарные знаки являются собственностью соответствующих владельцев. © СТА-ПРЕСС, 2023 ЧИТАЙТЕ ЖУРНАЛ в ЭЛЕКТРОННОЙ ВЕРСИИ на сайте soel.ru и в ПЕЧАТНОЙ ВЕРСИИ по подписке СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

СОДЕРЖАНИЕ 4/2023 РЕКЛАМОДАТЕЛИ РЫНОК EA Elektro-automatik · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·21 4 Новости российского рынка Delta Design · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3-я стр. обл. INWAVE· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·19 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Litemax · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·51 Raystar · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·63 8 Сравнение систем цифрового моделирования SCAIME · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·45 электронной аппаратуры Адвантех· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·49 Акметрон · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 2-я стр. обл. Никита Малышев, Аркадий Поляков Доломант · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·64 Ирбис · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 5 ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Компонента · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5, 11 КОМПЭЛ · · · · · · · · · · · · · · · · · · 4-я стр. обл., 6, 7 12 ПЛИС фирмы Gowin Semiconductor: Морион · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 5 номенклатура, характеристики, разработка ПАО Радиофизика· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·1, 4 приложений Промтехпоставка · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·55 СНЕЖЕТЬ· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1-я стр. обл., 4 Павел Редькин ЭЛЕКОНД · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6, 23 24 Мощный высоковольтный транзистор Читайте в «CTA» № 2/2023: со статической индукцией КП926А, Б МУХА НЕ ПРОЛЕТИТ: Юрий Максименко биометрия, которую не обманешь СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗ ПОДНЕБЕСНОЙ – В ПЕКЛО: китайские ПЛК для ответственных применений 28 Биоидентификация по лицу в проекции алгоритма системного анализа и обработки ОТ ВИНТА: информации Виолы-Джонса клеммные зажимы – эталон надёжности Андрей Кашкаров ISSN 0206 975X 32 Адаптивные вычисления и искусственный ® МУХА НЕ ПРОЛЕТИТ: интеллект для автономных транспортных биометрия, которую не обманешь средств. Часть 1 ИЗ ПОДНЕБЕСНОЙ – В ПЕКЛО: Билл Вонг, Питер Дженко, Джек Браун (перевод: Александр Малыгин) китайские ПЛК для ответственных применений 38 Тензометрические датчики в системах контроля и безопасности ОТ ВИНТА: клеммные зажимы – эталон надёжности Антти Эс WWW.CTA.RU 54 Источники питания в формате BRICK для ответственных применений Тигран Гайказьян Электронная версия КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ этого журнала 58 Рынок контрольно-измерительного оборудования в России: работа в условиях жёстких ограничений Руслан Тюкаев Оформляйте подписку на журнал «СТА» 60 Реализация цифрового и промышленного и читайте печатную версию суверенитета страны: возможности или электронную версию на www.cta.ru и перспективы Борис Спиридонов СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 3

РЫНОК На правах рекламы Новости российского рынка ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ПАО «Радиофизика» ● рекламного неонового светового обо- Получить дополнительную информа- ввело в эксплуатацию рудования; цию о работе Испытательного центра и трёхкоординатную рамочную разместить заказ на услуги можно по элек- антенну для проведения ● уличного/прожекторного светового обо- тронной почте pgn@radiofizika.com или по испытаний на ЭМС рудования, предназначенного для на- телефону +7 (495) 496-93-61. ружного использования; Трёхкоординатная рамочная антенна www.radiofizika.ru (ТРА) предназначена для проведения ис- ● светового оборудования, применяемо- пытаний с целью определения магнит- го на транспорте (установленного на ко- ной составляющей напряжённости поля раблях и в поездах); индустриальных радиопомех (ИРП) сете- вого оборудования в соответствии с требо- ● светового оборудования автотранспорт- ваниями ГОСТ Р 51319-99, ГОСТ Р 51318.15- ных и автотракторных средств; 99, CISPR 16-1:1999 и другими. ● бесперебойных источников питания. Антенна обеспечивает проведение ис- Рабочая частота антенны составляет пытаний следующего оборудования: ● светового оборудования, основной функци- 0,009…30 МГц; длина испытываемых из- делий не должна превышать 1600 мм. ей которого является создание и/или рас- пределение света, предназначенного для Наряду с испытаниями на ЭМС Испы- освещения и питающегося от низковольт- тательный центр ПАО «Радиофизика» ной электрической сети или от батарей; обеспечивает проведение климатиче- ● световых частей многофункционально- ских и механических испытаний, а так- го оборудования, одной из основных же антенных измерений, включая па- функций которого является освещение; нельные антенны операторов сотовой ● оборудования ультрафиолетового (УФ) связи. При проведении испытаний в и инфракрасного (ИК) излучения; ПАО «Радиофизика» применяется одна из самых крупных в Европе безэховых экранированных камер, размеры кото- рой составляют 80×32×24 м. ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Импортозамещение Возможное применение соединителей: ный корпус гарантирует стойкость к агрес- соединителей LEMO – СНЦ 179 ● термоконтроллеры; сивным внешним воздействиям среды и от АО «Завод «Снежеть» ● термопреобразователи сопротивления высокую надёжность соединителя. АО «Завод «Снежеть» – высокотехноло- повышенной точности; Таким образом, данная разработка найдёт гичное предприятие, разработчик и про- ● оборудование для нефтегазодобычи; широкое применение в аппаратуре нового по- изводитель соединителей специального и ● оборудование для атомной энергетики. коления, предназначенной для применения в производственно-технического назначе- атомной энергетике и нефтегазовой отрасли. ния – представляет новую линейку импор- Особенности (уникальность) продукции тозамещающей продукции – соединители Разрабатываемые соединители позво- Приглашаем всех заинтересованных го- низкочастотные цилиндрические, полные ляют обеспечить работу электрорадиоап- стей и участников выставки «Экспоэлек- аналоги соединителей LEMO. паратуры в условиях, требующих высокого троника – 2023» посетить стенд № А9061, класса герметичности соединителей IP68, зал 15, павильон 3 и познакомиться с про- В 2022 году АО «Завод «Снежеть» при- возможность работы под давлением жид- дукцией АО «Завод «Снежеть». ступил к разработке и освоению серийного кости до 30 бар, повышенной температуры производства аналогов соединителя при- среды до +200°С. Прочный экранирован- www.sneget.ru борного «Розетка LEMO EVP.2V.306.SLL» +7 (4832) 78-88-33 и соединителя «Вилка LEMO FVN.2V.306. SLAK11». Перечень осваиваемых изделий: ● розетка блочная для объёмного монта- жа на провод методом пайки; ● вилка кабельная с переходной цангой для объёмного монтажа на провод ме- тодом пайки. Назначение соединителей: обеспече- ние коммутации средств термоконтроля в жёстких условиях среды. 4 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

РЫНОК На правах рекламы Надёжные разъёмы Серию SP производитель позиционирует нениями и степенями защиты IP. Разде- производства WEIPU как защищённые разъёмы для использова- ление внутри серии происходит следую- ния вне помещений. Они являются влаго- щим образом. Разъёмы и соединительные элементы защищёнными, имеют защиту IP68 и отли- ● Серия WF: класс защиты IP55-67; соеди- являются важной составляющей современ- чаются резьбовым соединением. Благода- ной электроники и электрооборудования. ря рабочим температурам (от –40 до +85°C) нение – резьбовое. Очень прочный кон- Компания WEIPU (производитель надёж- разъёмы данной серии популярны в улич- нектор. Назначение – помещение/улица, ных и универсальных соединителей) осо- ном освещении, светодиодном оборудова- суровые климатические условия. бенно выделяет в линейке своей продук- нии и в наружных рекламных конструкциях. ● Серия WY: водонепроницаемый разъ- ции разъёмы серий SF и SA. Они наиболее ём; класс защиты IP55-67, соединение – популярны и востребованы в высокотехно- Производитель также отдельно отмеча- байонетное (быстрая фиксация и анти- логичных областях. Широко применяют- ет специализированную серию с метал- вибрация). Надёжный разъём. Назначе- ся в медицинском и измерительном обо- лическим корпусом WF. Она представляет ние – помещение/улица, суровые кли- рудовании. Разъёмы отлично себя заре- собой 3 разных решения с одинаковыми матические условия. комендовали при эксплуатации в самых вставками, контактами, электрическими ● Серия WS: бюджетный соединитель; суровых условиях. Могут использовать- характеристиками, но с разными соеди- без IP-рейтинга; соединение – резьбо- ся как для передачи данных (обеспечива- вое. Назначение – внутри помещений, ют высокую скорость передачи в Ethernet- не является водонепроницаемым. сетях, в том числе HD-SDI-сигнала, 1,5 Гбит), так и для обеспечения питания. www.komponenta.ru +7 (495) 150-21-50 Рубидиевый генератор Форм-фактор и метрологические харак- атомного резонанса. Генератор воспроиз- RFS-M102 от АО «Морион» теристики генератора соответствуют им- водит высокостабильный сигнал 10 МГц с портным аналогам производства Microchip погрешностью ±5⋅10–10 всего за 15 минут, а АО «Морион» (Санкт-Петербург), веду- (бывш. Microsemi, США), Spectratime захват частоты происходит не более чем щее предприятие России и один из ми- (Швейцария), SpaceOn (КНР) и других ми- через 5 минут после подачи питания (12 ровых лидеров в области разработки и ровых производителей, а по ряду параме- В, 20 Вт (макс.) при 25°C). Долговременная серийного производства приборов квар- тров превосходят их. Серийных россий- нестабильность частоты – до ±5⋅10–10/год. цевой стабилизации и селекции частоты, ских аналогов не имеет. Это достигается успешно завершило глубокую модерни- благодаря оригинальной конструкции ге- Помимо возможности цифровой под- зацию и возобновляет серийный выпуск нератора, в которой сочетаются малые га- стройки частоты и иного взаимодействия малогабаритного рубидиевого генера- бариты корпуса (51×51×25,4 мм) и малошу- с внешней электроникой через встроен- тора RFS-M102. Результатом обновления мящий газоразрядный спектральный ис- ный интерфейс UART, в RFS-М102 также конструкции стало добавление опциональ- точник, что позволяет достичь высоких имеется вход и выход 1PPS, что позволяет ного рабочего температурного диапазо- показателей надёжности и добротности легко осуществлять внешнюю синхрони- на устройства с более низкой температу- зацию, например, по сигналам GPS/ГЛО- рой (до –55…80°С) и появление варианта НАСС. Есть также возможность изменения исполнения с улучшенными фазовыми входа 1PPS на вход аналогового управле- шумами с гарантированным значением ния (заводская установка). –140 дБн/Гц при отстройке 1 кГц и со зна- чением девиации Аллана (СКДО) не более Более подробная информация пред- 2⋅10–11 при времени усреднения 1 с. Обра- ставлена на сайте АО «Морион». За де- ботка сигналов атомного датчика реали- тальной информацией всех заинтересо- зована при помощи уникальных цифро- ванных просим обращаться по телефону: вых алгоритмов собственной разработки. + 7 (812) 332-50-36. www.morion.com.ru DC/DC-преобразователи 250 типономиналов мощностью от 3 до нальность дистанционного выключения, «ММП-ИРБИС» 15 Вт. Модули имеют входные напряже- защиты от перегрузки по току, короткого ния 9…36 В, 18…75 В, 75…150 В, функцио- замыкания по выходу. Компания выпустила линейку одно- канальных и двухканальных DC/DC- www.mmp-irbis.ru преобразователей серии ТМ в популяр- +7 (495) 927-10-16 ном малогабаритном корпусе 30×20 мм. Цель разработки – помочь потребителям источников питания выполнить програм- му импортозамещения без переразводки печатных плат своих изделий. Высокона- дёжные DC/DC-преобразователи серии ТМ заменяют многие популярные швейцар- ские, европейские и американские мар- ки. В данной линейке разработано более СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 5

РЫНОК На правах рекламы АО «Элеконд» производит Uном, В Сном, Ф Габаритные размеры Рабочая температура малогабаритные 2,7 1; 3; 5; 10; 15; 25; 50; 100 От 8×13 мм до 20×40 мм От –50˚С до +65˚С конденсаторы с двойным электрическим слоем ● при совместном использовании с раз- фекта памяти, отсутствие химических (суперконденсаторы) личными аккумуляторными батареями реакций; общепромышленного суперконденсаторы компенсируют про- назначения К58-26 валы напряжения на АКБ при разряд- ● являются быстроперезаряжаемыми на- ке большими токами, обеспечивая ста- копителями электрической энергии. Заменяемые зарубежные аналоги: серия бильную работу аппаратуры и увеличи- www.elecond.ru СКФ (Феникс), серия VEC (VinaTech), серия вая срок службы аккумулятора; [email protected] HV (Eaton), серия VSCS (Vitzrocell), серия +7 (34147) 4-25-01 BCAP (Maxwell), серия SCC (AVX). ● для обеспечения мощного импульсно- t.me/elecond_supercapacitor го питания аппаратуры; Основные характеристики: ● зарядно-разрядные токи до 50 А; ● для штатного завершения работы ● низкое значение сопротивления до устройства при возникновении сбоев основного электропитания. 15 мОм; Особенности суперконденсаторов К58-26: ● низкие токи утечки до 1 мкА; ● срок службы 25 лет; ● способны зарядиться от разряженного ● наработка 500 000 циклов. источника и обеспечить требуемый уро- вень выдаваемой мощности; Суперконденсаторы К58-26 предназначены: ● для кратковременного обеспечения ре- ● позволяют экономить пространство в технике и снизить её массу; зервного питания аварийного освеще- ния, различной аппаратуры при прова- ● необслуживаемость, невосприимчи- лах напряжения или отключении основ- вость к уровню заряда, отсутствие эф- ного источника питания; NSP-1600/3200 от MEAN WELL – Расшифровка наименований ИП серий NSP-1600 и NSP-3200 новые надёжные ИП по лучшей стоимости Особенности: ● гарантия 5 лет. ● выходная мощность 1600/3200 Вт; Применение: Компания MEAN WELL разработала две ● дополнительное выходное напряжение новые серии мощных управляемых источ- ● промышленное технологическое обо- ников питания – NSP-1600 и NSP-3200 с вы- Standby 12 В; рудование; сотой 1U и выходной мощностью 1600 и ● высокая эффективность (93% тип.); 3200 Вт. Эти ИП имеют аналоговое управ- ● ККМ (PFC); ● промышленная автоматизация; ление выходными параметрами с помо- ● регулировка выходного напряжения ● испытательные приборы; щью внешнего напряжения (0…5 В), ком- ● лазерное оборудование. пенсацию падения напряжения на про- (40…125%) внешним напряжением (0…5 В); водах, возможность дистанционного ● компенсация падения напряжения на Приобрести новый источник пита- включения/выключения и два сигнала тре- ния MEAN WELL NSP-1600/3200 в ко- воги: «DC OK» и «перегрев». Гарантийный проводах; личестве от 1 штуки также можно на срок на новую продукцию составляет 5 лет. ● дистанционное включение/выключение; сайте торговой площадки КОМПЭЛ – ● сигнал «DC OK»; ДКО «Электронщик». Данные источники питания аналогичны ● сигнал «перегрев»; сериям RSP-1600, RSP-3000 и DPU-3200, но ● температурный диапазон –20…70ºС; www.compel.ru имеют меньшую стоимость за счёт исклю- ● высота 1U; [email protected] чения нескольких функций, которые в неко- +7 (495) 995-0901 торых применениях являются лишними. В частности, новые источники питания нель- зя подключать параллельно для увеличения общей выходной мощности. У них только одно значение напряжения Standby (12 В) и отсутствует опциональная возможность за- казать модель с управлением по цифрово- му протоколу (PMBus/CANBus). Расшифров- ка наименования представлена на рисунке. Эти серии предназначены для устройств и систем промышленной автоматизации, питания мощного технологического и ис- пытательного оборудования, устройств ла- зерной обработки материалов. 6 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023



ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Сравнение систем цифрового моделирования электронной аппаратуры Никита Малышев, Аркадий Поляков Это вторая статья из анонсированной нами серии статей по работе с отечественной системой цифрового моделирования, в которой она сравнивается с системами-аналогами по функциональности и быстродействию. Предисловие рой были председатель комитета по ния, количество библиотек и IP-core, разработке языка VHDL Ларри Саун- включая поддержку стандарта VITAL, Уважаемые читатели, коллеги. Это дерс (Larry Saunders) и один из первых наличие и текстового, и графического вторая статья из серии статей по рабо- авторов пособия по языку Verilog Ятин способа описания модели, виды допол- те с отечественной системой цифрово- Триведи (Yatin Trivedi). Ясно, что столь нительных сервисов типа конверторы го моделирования, в которой сравнива- авторитетным представителям фир- графика-текст и наоборот. А также: гра- ется её работа с системами-аналогами. мы  – разработчика СЦМОД и САПР фический способ задания временны́ х доверяли и присылали новые версии диаграмм входных сигналов, графи- Введение своих систем для тестирования и срав- ческое описание автоматов, системы нения с конкурентами. Не имея таких оценки полноты покрытий кода, про- Под системами цифрового модели- возможностей, авторы были вынужде- филировщики и др. рования (СЦМОД) в статье подразу- ны из зарубежных систем моделиро- меваются системы проектирования, вания использовать только их не под- Что касается качественных критери- реализующие стандартные языки опи- санкционные и бесплатные версии. ев – то они важны в первую очередь сания аппаратуры VHDL и Verilog/ Пробные (evaluation) версии HDL- при использовании СЦМОД в учебных SystemVerilog [1]. Они являются важ- симуляторов, как и открытые типа целях. Это понятие включает устойчи- ной частью систем автоматизации IcarusVerilog, Verilator, GHDL, Tina вость системы к ошибкам пользовате- проектирования интегральных схем и др. [1, 7], а также онлайн-симулято- лей и сбоям компьютеров, развитую, (СБИС) и программируемых инте- ры, в статье не рассматриваются. полную и точную диагностику ошибок гральных схем (ПЛИС) [2]. Основная и простоту их исправления. масса СЦМОД создана фирмами США. Критические оценки систем можно Разработка таких систем является весь- разделить на качественные: просто- В табл. 1 представлены САПР, ма сложной задачей. Например, трудо- та освоения и использования, нали- в которых реализованы СЦМОД, ОС ёмкость создания САПР ПЛИС Vivado, чие поддержки пользователей, в том и минимальные требования к пара- одной из компонентов которой явля- числе онлайн. И количественные: метрам компьютеров. В табл. 2 пред- ется СЦМОД Xsim, оценивается в требования к компьютеру и ОС, вре- ставлены поддерживаемые СЦМОД 1000 человеко-лет, а стоимость разработ- мя действия лицензии, объём скачи- версии HDL. ки САПР в 200 миллионов долларов [3]. ваемого установочного файла, число Созданный российской компанией поддерживаемых языков проектиро- Что касается скорости компиляции ЭРЕМЕКС САПР Delta Design [2, 4] вания, доступность версии ПО под Verilog-кода, то сравнительный анализ с включённой в неё СЦМОД Simtera различные ОС, скорость моделирова- на группе тестов IVLTest (Icarus Verilog) [5, 6] относится к первым отечествен- ния и компиляции, полнота соответ- в сравнении с ModelSim Pro 2020 при- ным ласточкам в области импортоза- ствия стандартам языков моделирова- ведён на рис. 1. Среднее время разбо- мещения в данной области. ра и компиляции в Simtera – 695 мс, в Modelsim Pro 2020 – 841 мс. Сравнение систем Таблица 1. Сравнительный анализ САПР, доступных для использования цифрового моделирования СЦМОД* Разработчик САПР Срок лицензии Мин. ОЗУ, Объём Сравнение характеристик СЦМОД ГБ скачиваемого в некотором смысле подобно поиску ответа на вопросы типа «кто сильнее – Active-HDL Aldec Нет привязки / Не ограничен / 4 файла, ГБ кит или слон?». Но всё же оно позво- Student edition в составе САПР 1 год (в составе 1 ляет дать определённые рекомендации v.13 4 пользователям, определить тенденции ПЛИС САПР ПЛИС) 8 1 развития и показать плюсы и минусы Не ограничен / 8 8 конкретных продуктов. Конечно, воз- Modelsim Mentor Graphics Нет привязки / 1 год (в составе 0,4 никает вопрос: «А судьи кто?» В своё (Siemens) в составе САПР время один из авторов данной статьи САПР ПЛИС) работал в Силиконовой долине США ПЛИС Не ограничен в фирме SEVA, основателями кото- Xilinx Simulator Xilinx (AMD) Vivado Бесплатно / 60 дней Delta Design Eremex Нет привязки / в Simtera составе САПР Delta Design 8 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Таблица 2. Поддерживаемые СЦМОД версии HDL СЦМОД* Поддерживаемые Библиотеки ПЛИС Время запуска Скорость компиляции Скорость моделирования версии HDL системы, секунды * Verilog-проектов, Verilog-проектов, относительные единицы относительные единицы Active-HDL Student edition VHDL 1987, 1993 Xilinx, Intel и др 15 1 0,2 v.13 Verilog 1995, 2005 Microsemi SystemVerilog 2009, 2017 Xilinx 15 1 1 Modelsim Microsemi 10.2 VHDL 1987–2008 30 1 1 Миландр, Intel, Xilinx 30 1 0,0002 Xilinx Simulator (XSIM) Verilog 2001 SystemVerilog 2005-2012 Delta Design Simtera VHDL 1987–2003 Verilog 2001 VHDL 1987–2008 Verilog 2001 SystemVerilog 2005 * В качестве инструментальной машины при сравнении СЦМОД был использован компьютер с процессором Intel Pentium G4400 с тактовой частотой 3,30 ГГц, оперативной памятью 8 ГБ, 64-разрядной операционной системой Windows 10. Для тестирования скорости работы Рис. 1. Время компиляции Verilog-проектов в Simtera и Modelsim симулятора известно несколько набо- ров (benchmarks), рекомендуемых для состоит из 69 блоков assign, которые скими средствами, оценкой полноты СЦМОД [4], но мы использовали свои. могут обрабатываться параллельно, покрытия кода тестами и методиче- Обосновано это практическими целя- что значительно ускорит работу систе- ским обеспечением. ми. мы. Данный функционал в настоящее время в разработке, об успехах ускоре- С точки зрения тестирования и рабо- В качестве тестовых задач были ния работы моделирования сообщим в ты с VHDL-проектами в Simtera дела использованы Verilog-модели версии отдельной статье по завершении работ. обстоят следующим образом: срав- синтезабельной поведенческой моде- нение производилось с ModelSim – ли простого АЛУ-микросхемы 74181 В табл. 3 представлены некоторые Altera 10.1 и Aldec Active-HDL 8.2 Expert (ИП4). Модель содержит 240  строк дополнительные параметры HDL- Edition. Быстродействие проверялось HDL-кода. Тестбенч – 102 строки. симуляторов, связанные с графиче- на тесте, симулирующем запуск про- Для возможности измерения време- ни моделирования секундомером в тестбенче организован цикл из 1 млн повторений выполнения трёх опера- ций в АЛУ. На XSIM и Modelsim вре- мя прогона теста примерно одинако- вое – 30 секунд, на Active-HDL оно было в 5 раз больше и равно 150 секундам. У Simtera при 100 повторениях было 15  секунд, т.е. система моделирова- ния работает на несколько порядков медленнее. Тестирование проводи- лось на версии Delta Design Simtera от декабря 2022. В данной версии отсут- ствует разбиение независимых Verilog- процессов на отдельные потоки. Если посмотреть на часть запускаемого теста (листинг теста доступен в электронной версии статьи на сайте журнала), она Таблица 3. Дополнительные параметры HDL-симуляторов, связанные с графическими средствами, оценкой полноты покрытия кода тестами и методическим обеспечением СЦМОД Графическое Графическое Статистика покрытия Графическое Обеспеченность (схемотехническое) описание автоматов тестом кода описание временных русскоязычными описание модели диаграмм входных методическими сигналов материалами Active-HDL Student Edition V.13 Есть, в модели – до 30 Есть Нет Есть > 10 блоков Моdelsim ME 10.2 Нет Нет Нет Нет > 10 Vivado XSIM Есть Есть Нет Есть > 10 DeltaDesignSimtera v.3.5 Есть Нет Нет Нет < 10 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 9

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Таблица 4. Результаты тестирования быстродействия сопутствующие развивающемуся про- дукту, – а именно, невысокая скорость Машина 1*, с Машина 2*, с работы симулятора, связанная в пер- вую очередь с временным отсутстви- Delta Design Simtera 287 385 ем multi-thread симуляции. Active HDL 8.2 Expert Edition 35 47 Разработчики САПР Delta Design Simtera будут весьма признательны Отставание в быстродействии 8,2 8,15 всем читателям, которые смогут при- слать им самопроверяющиеся тесты. Машина 1*, с Машина 2*, с Напоминаем также, что открыто бета- Delta Design Simtera 287 385 тестирование Delta Design Simtera. Полу- чить версию системы можно, отправив ModelSim-Altera 10.1 675 905 письмо на адрес [email protected], а так- же в Telegram-сообществе. Превосходство в быстродействии 2,35 2,35 *Машина 1: Intel Core i7-2600K 3.4 GHz, RAM 16 GB, Windows 7 Ultimate x64 Машина 2: Intel Core i7-2630QM 2.00 GHz, RAM 6 GB, Windows 7 Ultimate x64 Литература граммы мигания светодиодами в ОС модель MC51 – 2500 строк и тестбенч – 1. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_ FX-RTOS на модели микроконтролле- 550 строк. На этой модели оценива- ра PIC32. лась и скорость компиляции. Компи- HDL_simulators. ляция быстрее всего идёт на ModelSim Результаты тестирования быстродей- и Active-HDL, немного медленнее на 2. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_ ствия приведены в табл. 4. XSIM. На Simtera компиляция прохо- дила на порядок дольше. EDA_companies. В ходе проверки выяснилось, что Aldec уступает в поддержке, реали- Выводы 3. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Xilinx_ зованной в Simtera части стандарта. Характерные тесты, демонстрирующие Участвующие в сравнении продукты Vivado. этот факт, можно скачать и посмотреть предлагают свои подходы к проекти- на странице ЭРЕМЕКС со сравнитель- рованию и моделированию цифровой 4. URL: https://www.eremex.ru/. ными данными [8]. Необходимо отме- аппаратуры. Авторы статьи, равно как тить, что в настоящий момент VHDL- и читатели, имеют свой опыт работы 5. Малышев Н. Цифровое моделирование язык не развивается в Simtera, так как с ними. Хочется отметить, что Simtera прерогатива отдана на поддержку представляется единственным импор- цифровых и цифро-аналоговых узлов Verilog в части поведенческого моде- тонезависимым перспективным отече- лирования и синтеза. Так, например, ственным продуктом. В системе при- в системе Delta Design Simtera // Совре- структурная несинтезабельная VHDL сутствуют инструменты по работе в модель усечённой версии микроЭВМ схемотехническом виде, присутству- менная электроника. 2021. № 1. С. 60–61. MC51 (Intel 8051) [9]. Модель была сге- ет поддержка конструкций Verilog/ нерирована учебной системой циф- SystemVerilog, VHDL, позволяющая 6. Поляков А.К., Малышев Н.М. Библиотеки рового моделирования DEEDS [10] из проводить сравнительный анализ по графического (блок-диаграммного) работе с продуктами конкурентов на HDL-тестов для систем моделирования представления и содержит три разде- рынке. В системе есть и недостатки, ла: модели компонентов – 11 400 строк, цифровой аппаратуры. Отечественная САПР проектирования микроэлектрони- ки (часть 1) // Современная электрони- ка. 2023. № 3. 7. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/ Comparison_of_EDA_software. 8. URL: https://www.eremex.ru/knowleage- base/articles/sravnenie-simtera/. 9. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/ Intel_8051. 10. URL: https://www.digitalelectronicsdeeds. com/deeds.html. НОВОСТИ МИРА Huawei пришлось заменить в виду не только телефоны, но и ноутбуки, в угрозе национальной безопасности) про- в своих устройствах около планшеты, серверы и т.д. В основном зару- изводство печатных плат, по словам Рена 13 000 деталей из-за санкций бежные компоненты были заменены китай- Чжэнфэя, стабилизировалось. США скими. Также компании пришлось перепро- ектировать 4000 печатных плат для своих Ограничения со стороны США подстегну- Американские санкции больно ударили продуктов. С тех пор (США ввели санкции ли Huawei больше инвестировать в НИОКР. по Huawei: компании пришлось не только в отношении Huawei в 2019 году, когда ад- В прошлом году компания потратила на это разрабатывать собственную операционную министрация Дональда Трампа обвинила её 23,8 млрд долларов. систему HarmonyOS (от Android китайскую компанию попросту отрезали), но и искать industry-hunter.com для своих устройств новые компоненты. В плане аппаратной части была продела- на огромная работа, о ней рассказал гене- ральный директор и основатель Huawei Рен Чжэнфэй (Ren Zhengfei). Оказалось, что из-за санкций Huawei при- шлось заменить около 13 000 частей и ком- понентов в своих устройствах. Тут имеются 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ НОВОСТИ МИРА Из «чайного гриба» создали По словам профессора Университета За- ко дней, а один из тестовых образцов пережил лёгкие, гибкие и прочные падной Англии в Бристоле Эндрю Адамац- даже помещение в духовой шкаф при 200°C, печатные платы ки (Andrew Adamatzky), одного из авторов хотя от открытого огня материал загорается. для электроники нового исследования, высушенный «чай- ный гриб» можно интегрировать в умные Адамацки и его коллеги смогли печатать В будущем лёгкие, гибкие, но прочные печат- носимые устройства, что позволит расши- на высушенной плёнке из «чайного гриба» ные платы для компактной носимой электро- рить функциональность одежды и гаджетов. с помощью струйного принтера дорожки из ники, вероятно, можно будет печатать на вы- Предусмотрено объединение живой и нежи- токопроводящих полимеров, заодно опробо- сушенных остатках культур, широко известных вой биологической материи. Ещё в 2021 году вав альтернативный метод 3D-печати комби- во всём мире как «комбуча», а на постсовет- Адамацки выступил соавтором ряда иссле- нацией полиэстера и меди. К биологическим ском пространстве как «чайный гриб». Учёные дований, посвящённых свойствам «гриба». печатным платам удалось даже прикрепить опробовали методику, позволяющую исполь- Теперь он и его коллеги продемонстрирова- небольшие LED-элементы, продолжавшие зовать этот симбиоз дрожжевого гриба и бак- ли возможность создания печатных плат на работать даже после того, как основу неод- терий для создания электронных компонентов. высушенных пластинах из этого материала. нократно сгибали и растягивали. Для выращивания чайного или мань- Команда использовала SCOBY для выра- По словам учёных, в отличие от живого чжурского гриба достаточно взять всего щивания тонких биоплёнок, состоящих из во- «гриба», с которым приходилось работать пре- лишь банку чая, сахар и культуру SCOBY, локон целлюлозы, после чего высушивала их жде, сухой материал сам не проводит электри- представляющую собой симбиоз бактерий на пластиковых или бумажных пластинах при чество и вполне может использоваться в ка- и дрожжей. Исследователи давно считали комнатной температуре. В результате полу- честве основы для печатных плат. Более того, «чайный гриб» многообещающим биома- чался устойчивый материал, сохранявший он намного более гибкий, лёгкий и дешёвый, териалом. Ранее высушенный «гриб» про- прочность при помещении в воду на несколь- чем керамические и пластиковые альтерна- бовали использовать в качестве замените- тивы, и может использоваться для создания ля кожи, создавали новые виды устойчивых носимых датчиков сердечного ритма, биосен- «живых материалов», которые, возможно, соров и во многих других сферах. В дальней- однажды будут использоваться в качестве шем рассматривается печать рабочих систем, биосенсоров. Новое исследование показа- способных распознавать механические, опти- ло, что «маньчжурский гриб» можно исполь- ческие и, возможно, химические воздействия. зовать и в электронике. 3dnews.ru СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 11

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ ПЛИС фирмы Gowin Semiconductor: номенклатура, характеристики, разработка приложений Павел Редькин ([email protected]) оперативной памятью, дополнитель- ной пользовательской Flash-памятью, Предлагаемая статья содержит сведения справочно-информационного встроенными модулями аппаратных характера по программируемым логическим интегральным схемам умножителей, цифровых сигнальных (ПЛИС), производимым китайской фирмой GOWIN Semiconductor процессоров (DSP), модулями PLL, Corp. Помимо обзора всей номенклатуры ПЛИС GOWIN с указанием защитой логической матрицы от счи- основных характеристик и особенностей каждого их семейства, в первой тывания. части статьи содержится информация о базовых характеристиках и параметрах каждой серии ПЛИС внутри этих семейств и каждой линейки В семействе также имеются устрой- ПЛИС внутри этих серий, представленная в табличной форме. Статья ства, оптимизированные для прило- предназначена для разработчиков электронной аппаратуры на ПЛИС жений с низким энергопотреблением. и студентов специальностей, связанных с цифровой электроникой. Часть устройств из семейства Часть 1. Номенклатура ПЛИС от GOWIN в разы дешевле ана- LittleBee имеют встроенные аппа- производимых устройств логичных по параметрам устройств от ратные процессорные ядра ARM других вышеперечисленных произво- Cortex-M, Synopsys ARC, а также так Введение дителей. называемые ядра защиты Security Core и аппаратные ядра Bluetooth В настоящее время в мире насчиты- В настоящее время вся продукция LE, то есть являются не «чистыми» вается около десятка крупнейших про- ПЛИС от GOWIN представлена тремя ПЛИС, а так называемыми система- изводителей программируемых логи- семействами: LittleBee, Arora и Arora V. ми на кристалле (SoC), объединяю- ческих интегральных схем (ПЛИС), Каждое из семейств включает несколь- щими в своём составе программиру- крупнейшие из которых: Xilinx, Intel ко серий ПЛИС, как показано в табл. 1. емую логику и процессорное ядро, (Altera), Lattice Semiconductor, Actel, выполняющее пользовательскую Atmel. Наряду с перечисленными Каждая из серий ПЛИС в каждом программу из встроенной памяти. «китами» программируемой логики семействе включает линейку из одно- Процессорное ядро и программиру- разработкой и производством ПЛИС го или более устройств. В рамках емая логика могут взаимодействовать успешно занимается сравнительно первой части предлагаемой статьи как друг с другом, так и с внешними молодая китайская компания GOWIN. приведена краткая обобщённая харак- устройствами через набор внутрен- теристика ПЛИС каждого из семейств. них шин, внешних интерфейсов и Основанная в 2014 году корпора- Вся информация по всем доступным через линии GPIO. ция GOWIN Semiconductor Corp [1] со устройствам, включая руководства штаб-квартирой в Китае, отделениями пользователя и рекомендации по при- Доступная в настоящее вре- в Корее, США и Тайване осуществляет менению каждой серии ПЛИС GOWIN, мя номенклатура серий семейства разработку и производство ПЛИС на представлена для бесплатной загруз- GOWIN LittleBee представлена в своих производственных площадях. ки на сайте www.gowinsemi.com. Для табл. 2–8. Данные взяты с сайта GOWIN Номенклатура производимой компа- доступа к ней необходимо зарегистри- Semiconductor Corp [1]. нией продукции включает широкий роваться на указанном сайте. ассортимент, состоящий из несколь- Типичные характеристики ПЛИС ких семейств программируемых логи- 1. Семейство ПЛИС семейства LittleBee следующие: ческих устройств, инструментального LittleBee ● техпроцесс по нормам 55 нм; программного обеспечения для про- ● исполнение в широкой линейке ма- ектирования электронной аппарату- Семейство продуктов GOWIN ры на базе своих ПЛИС, ядер интел- LittleBee предлагает энергонезависи- логабаритных корпусов (около соро- лектуальной собственности (IP-ядер), мые ПЛИС типа FPGA с логической ка типоразмеров): от CS30 размера- эталонных образцов и наборов для матрицей на основе Flash-памяти, ми 2,3×2,4 мм до LQ176 размерами разработки. Корпорация GOWIN с малым количеством логических 20×20 мм; декларирует своё стремление обслу- ресурсов (до 9K ячеек LUT4), с малым ● встроенная Flash-память, исполь- живать клиентов на потребительском, и средним количеством пользователь- зуемая в устройстве в качестве промышленном, коммуникационном, ских линий ввода-вывода (I/O) (от 25 памяти хранения конфигурации, медицинском и автомобильном рын- до 276), несколькими поддерживае- а также в качестве пользователь- ках по всему миру. мыми интерфейсами, реализованны- ской памяти; ми в ПЛИС в виде аппаратных ядер ● гибкая система программирования, Важной особенностью продукции (MIPI CSI-2, MIPI DSI, LVDS, USB 2.0, позволяющая использовать для про- GOWIN является её низкая стоимость – Ethernet, HDMI, MIPI I3C), встроенной граммирования (загрузки конфигу- рации) следующие режимы и ин- терфейсы: JTAG, MSPI, SSPI, I2C 12 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица 1. Номенклатура производимых ПЛИС GOWIN с разбивкой по семействам и сериям Семейство Серия Плотность (количество Дополнительные особенности устройства LUT на кристалле) GW1N 1K, 2K, 4K, 9K – GW1N-A 1K, 2K, 4K Для автомобильных приложений GW1NZ 1K Ультранизкое энергопотребление GW1NS 4K Встроенное аппаратное процессорное ядро MCU Cortex-M3 LittleBee GW1NR 1K, 2K, 4K, 9K Встроенная память PSRAM (Матрица FPGA на основе Flash) GW1NSR 4K Встроенное аппаратное процессорное ядро MCU Cortex-M3 + 4K встроенная память PSRAM GW1NSE 4K Встроенное аппаратное процессорное ядро MCU Cortex-M3 + защита матрицы FPGA GW1NSER 4K Встроенное аппаратное процессорное ядро MCU Cortex-M3 + защита матрицы FPGA + GW1NRF встроенная память PSRAM Встроенное аппаратное процессорное ядро MCU ARC + защита матрицы FPGA + встроенный приёмопередатчик Bluetooth GW2A 20K, 55K – Arora GW2A-A 20K Для автомобильных приложений (Матрица FPGA на основе GW2AN 10K, 20K, 55K Встроенная память Flash SRAM) GW2AR Встроенная память SDRAM 20K AroraV GW2ANR 20K Встроенная память Flash + (Матрица FPGA на основе GW5A 23K, 138K встроенная память SDRAM SRAM) GW5AT 23K, 138K Поддержка DDR3 + встроенный АЦП Встроенные высокоскоростные приёмопередатчики + поддержка PCI + поддержка DDR3 + встроенный АЦП Таблица 2. ПЛИС GOWIN серии GW1N Устройство GW1N-1 GW1N-1P5 GW1N-2 GW1N-4 GW1N-9 GW1N-1S Количество ячеек LUT4 1152 1584 2304 4608 8640 1152 Количество ячеек Flip-Flop (FF) 864 1584 2016 3456 6480 864 12 672 18 432 0 17 280 0 Теневая память SRAM, бит 0 72K 72K 180K 468K 72K 4 4 10 26 4 Блочная память SRAM (BSRAM), бит 72K 96K 96K 256K 608K 96K Количество блоков BSRAM 4 0 0 16 20 0 Пользовательская память Flash, бит 1 1 2 2 1 Количество умножителей 18×18 96K 6 6 4 4 3 Количество PLL 0 125 125 218 276 44 Количество банков линий I/O 1 Максимальное количество линий I/O 4 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 Напряжение питания ядра у 120 низковольтного устройства (LV), В 1,8–3,3 1,8–3,3 2,5–3,3 2,5–3,3 – Напряжение питания ядра у 1,2 обычного устройства (UV), В 1,8–3,3 (ведомый), CPU, SERIAL, AUTOBOT, ● наличие встроенной защиты, по- ● наличие аппаратных процессорных DUALBOOT; зволяющей осуществить шифрова- ядер ARM Cortex-M3 или Synopsys ARC; ● поддержка интерфейсов в виде ап- ние битового потока конфигурации паратных ядер MIPI CSI-2, MIPI DSI, и защиты конфигурации от чтения; ● наличие аппаратного малопотребля- LVDS, HDMI, USB 2.0, Ethernet, MIPI ющего приёмопередатчика Bluetooth; I3C; ● наличие интегрированной памяти PSRAM; ● поддержка защиты асинхронных приложений на основе PUF; СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 13

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица3.ПЛИС GOWIN серии GW1NR GW1NR-1 GW1NR-2 GW1NR-4 GW1NR-9 1152 2304 4608 8640 Устройство 864 2304 3456 6480 Количество ячеек LUT4 0 0 0 17 280 Количество ячеек Flip-Flop (FF) 72K 72K 180K 468K Теневая память SRAM, бит 4 4 10 26 Блочная память SRAM (BSRAM), бит 96K 96K 256K 608K Количество блоков BSRAM – – 64M 64M Пользовательская память Flash, бит – Память SDR SDRAM, бит 4M 32–64M 32–64M 64–128M Встроенная память PSRAM, бит 0 4M – – Встроенная память NOR FLASH, бит 1 0 16 20 Количество умножителей 18×18 4 1 2 2 Количество PLL 120 7 4 4 Количество банков линий I/O 1,2 126 218 276 Максимальное количество линий I/O – 1,2 1,2 1,2 Напряжение питания ядра у низковольтного устройства (LV), В – Напряжение питания ядра у обычного устройства (UV), В 1,8/2,5/3,3 2,5/3,3 Таблица4.ПЛИС GOWIN серии GW1NS GW1NS-4 GW1NS-4C Устройство 4608 4608 3456 3456 Количество ячеек LUT4 180K 180K Количество ячеек Flip-Flop (FF) 10 10 Память B-SRAM, бит 16 16 Количество блоков B-SRAM – – Количество умножителей 18×18 256K 256K Память S-SRAM, бит 2 2 Пользовательская память Flash, бит Количество PLL 1, точность +/–5% 1, точность +/–5%   Количество OSC – Cortex–M3 Аппаратное процессорное ядро 4 4 Количество банков линий I/O 106 106 Максимальное количество линий I/O 1,2 1,2 Напряжение питания ядра, В Таблица5.ПЛИС GOWIN серии GW1NSE GW1NSE-4C ● наличие встроенного генератора Устройство 4608 синхросигнала OSC; 3456 Количество ячеек LUT4 180K ● рабочий температурный диапазон Количество ячеек Flip-Flop (FF) 10 от  0 до +85ºC (коммерческое испол- Память B-SRAM, бит 16 нение), от –40 до +100ºC (промыш- Количество блоков B-SRAM – ленное исполнение); Количество умножителей 18×18 256K Память S-SRAM, бит 2 ● наличие сертификации AEC-100Q Пользовательская память Flash, бит для автомобильных приложений. Количество PLL 1, точность +/–5% Типичные характеристики встроен- Количество OSC Cortex-M3 Аппаратное процессорное ядро 3 ной блочной памяти BSRAM ПЛИС Количество банков линий I/O 106 GOWIN серии GW1N семейства Максимальное количество линий I/O 1,2 LittleBee [2]: Напряжение питания ядра, В ● максимальное значение частоты 14 WWW.SOEL.RU синхросигнала 190 МГц; ● организация данных от 1 до 36 раз- рядов; ● поддерживаемые BSRAM опера- ционные режимы: однопортовое ОЗУ (SinglePort), двухпортовое ОЗУ СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица6.ПЛИС GOWIN серии GW1NRF GW1NRF-LV4B (DualPort), полудвухпортовое ОЗУ Устройство 4606 (SemiDualPort), ПЗУ (ROM); 3456 ● поддержка бита паритета; Количество ячеек LUT4 0 ● поддержка функции коррекции оши- Количество ячеек Flip-Flop (FF) 180K бок. Теневая память SRAM SSRAM, бит 10 Типичные характеристики встроен- Блочная память SRAM BSRAM, бит 256K ной пользовательской Flash-памяти Количество блоков BSRAM 16 ПЛИС GOWIN серии GW1N семей- Пользовательская память Flash, бит 2 ства LittleBee [2]: Количество умножителей 18×18 4 ● 10 000 циклов записи-стирания; Количество PLL 25 ● время хранения данных при темпе- Количество банков линий I/O 1,2 ратуре +85ºC – 10 лет; Максимальное количество линий I/O ● 32-разрядная организация данных Напряжение питания матрицы FPGA у низковольтного устройства (LV), В 1,8/2,5/3,3 (слово); Напряжение питания матрицы FPGA у обычного устройства (UV), В Есть ● время записи слова данных ≤ 16 мкс; Приёмопередатчик Bluetooth 5.0 LE RF Есть ● время стирания страницы данных Аппаратное процессорное ядро 32-bit ARC Processor 136K (64 слова) ≤ 120 мс; Память процессора ROM, бит 128K ● максимальное значение частоты Память процессора OTP, бит синхросигнала 40 МГц. Память процессора IRAM/DRAM, бит 48K/28K Типичные характеристики встроен- Ядро защиты Security Core Есть ного модуля DSP ПЛИС GOWIN серии Система управления электропитанием Есть GW1N семейства LittleBee [2]: Стабилизатор питающего напряжения DCDC StepUp / Down Regulator Есть ● поддержка аппаратного умножения в режимах 8×8, 18×18, 36×36; Таблица7.ПЛИС GOWIN серии GW1NZ GW1NZ-1 ● 54-разрядный аккумулятор; Устройство 1152 ● возможность каскадирования умно- 864 жителей; Количество ячеек LUT4 4K ● встроенные конвейерные регистры Количество регистров 72K и обходные регистры; Теневая память SRAM, бит 1 ● адаптивная фильтрация с помощью Блочная память SRAM, бит 64K обратной связи по сигналу; Количество PLL 48 ● встроенный переключатель потока. Пользовательская память Flash, бит 1,2 Все линии ввода-вывода обще- Максимальное количество линий I/O 0,9 го назначения (GPIO) внутри ПЛИС Напряжение питания ядра у низковольтного устройства (LV), В серии GW1N семейства LittleBee жёст- Напряжение питания ядра у ультранизковольтного устройства (ZV), В ко относятся к банку ввода-вывода с одним из внутренних опорных напря- Таблица8.ПЛИС GOWIN серии GW1NSR жений: +3,3 В, +2,5 В, +1,8 В. Таким Устройство образом, возможно подключение к ПЛИС различных внешних устройств Количество ячеек LUT4 с рабочими логическими уровнями, Количество ячеек Flip-Flop (FF) Блочная память SRAM (B-SRAM), бит GW1NSR-4 GW1NSR-4C Количество блоков BSRAM 4608 4608 Количество умножителей 18×18 3456 3456 Пользовательская память Flash, бит 180K 180K Память HyperRAM, бит 10 10 Память PSRAM, бит 16 16 Память NOR FLASH, бит 256K 256K Количество PLL – 64M Количество OSC 64M 64M Аппаратное процессорное ядро – 32M Количество банков линий I/O 2 2 Максимальное количество линий I/O Напряжение питания ядра, В 1, точность +/–5% 1, точность +/–5% – Cortex-M3 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 4 4 106 106 1,2 1,2 WWW.SOEL.RU 15

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица 9. Типичные значения внутренних задержек ПЛИС GOWIN серии GW1N семейства LittleBee Имя Исполнение ПЛИС C7/I6 Исполнение ПЛИС C6/I5 Исполнение ПЛИС C5/I4 Единица параметра Описание параметра Мин. Макс. Мин. Макс. Мин. Макс. измерения значение значение значение значение значение значение tLUT4_CFU Задержка ячейки LUT4 0,412 0,594 0,556 0,802 0,695 1,002 нс tSR_CFU Задержка со входа установки/ t CO_CFU сброса регистра до выхода 0,648 1,268 0,875 1,712 1,094 2,14 нс регистра Задержка со входа 0,247 0,34 0,333 0,458 0,417 0,573 нс синхросигнала регистра до выхода регистра Таблица 10. Типичные значения задержек BSRAM ПЛИС GOWIN серии GW1N семейства LittleBee Имя Исполнение ПЛИС C7/I6 Исполнение ПЛИС C6/I5 Исполнение ПЛИС C5/I4 Единица параметра t COAD_BSRAM Описание параметра Мин. Макс. Мин. Макс. Мин. Макс. измерения t COOR_BSRAM значение значение значение значение значение значение Время чтения адреса/данных относительно синхросигнала 2,564 2,564 3,460 3,460 4,325 4,325 нс Время появления данных на выходе регистра относительно 0,613 0,613 0,827 0,827 1,034 1,034 нс синхросигнала Таблица 11а. Типичные значения задержек синхросигналов и сигналов в линиях IO ПЛИС GOWIN серии GW1N семейства LittleBee Описание параметра Исполнение ПЛИС Исполнение ПЛИС Исполнение ПЛИС Единица измерения C7/I6 C6/I5 C5/I4 Типичное значение Типичное значение Типичное значение Задержка сигнала HCLK в дереве сигналов 0,8 1 1,2 нс Задержка сигнала PCLK в дереве сигналов 2 2,2 2,5 нс (GCLK0~5) Задержка сигнала PCLK в дереве сигналов 2,2 2,5 2,8 нс (GCLK6~7) Задержка «ножка ПЛИС-LUT-ножка ПЛИС» (Pin- 4 4,2 4,5 нс LUT-Pin) Таблица 11б. Типичные значения задержек синхросигналов и сигналов в линиях IO ПЛИС Intel (Altera) семейства MAX10 Символ Описание параметра Исполнение ПЛИС –C7, –I7 Исполнение ПЛИС –C8 Единица Типичное значение Типичное значение измерения Tsu Задержка установки глобального синхросигнала 0,750 0,808 Th Задержка удержания глобального синхросигнала 1,180 1,215 нс нс Tco Задержка прохождения глобального 5,131 5,575 нс синхросигнала до выхода Tpd Задержка «ножка ПЛИС-LUT-ножка ПЛИС» (Pin- 4,907 5,467 нс LUT-Pin) Таблица 12. Типичные значения параметров PLL ПЛИС GOWIN серии GW1N семейства LittleBee Исполнение ПЛИС C7/I6 Исполнение ПЛИС C6/I5 Исполнение ПЛИС C5/I4 Имя Описание параметра Единица параметра измерения Мин. Макс. Мин. Макс. Мин. Макс. значение значение значение значение значение значение CLKIN Входная частота PLL 3 400 3 400 3 320 МГц CLKOUT Выходная частота PLL 3,125 500 3,125 500 2,5 400 МГц 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица 13. ПЛИС GOWIN серии GW2A GW2A-18 GW2A-55 Устройство 20 736 54 720 15 552 41 040 Количество ячеек LUT4 41 472 109 440 Количество ячеек Flip-Flop (FF) 828K 2520K Теневая память SRAM SSRAM, бит Блочная память SRAM (BSRAM), бит 46 140 Количество блоков BSRAM 48 40 Количество умножителей 18×18 4 6 Количество PLL 8 8 Количество банков линий I/O 384 608 Максимальное количество линий I/O 1,0 1,0 Напряжение питания ядра, В GW2AN-9X GW2AN-18X GW2AN-55 Таблица 14. ПЛИС GOWIN серии GW2AN 10 368 20 736 54 720 Устройство 10 368 15 552 41 040 41 472 41 472 109 440 Количество ячеек LUT4 540K 540K 2520K Количество ячеек Flip-Flop (FF) 30 30 140 Теневая память SSRAM, бит 16M 16M 32M Блочная память BSRAM, бит 2 2 6 Количество блоков BSRAM 8 8 – Память NOR Flash, бит 8 8 – Количество PLL 1250 1250 – Количество входов глобального синхросигнала GlobalClock 1200 1200 – Количество входов высокоскоростного синхросигнала HighSpeedClock 9 9 8 Скорость обмена через LVDS, Мбит/с 389 389 608 Скорость обмена через MIPI, Мбит/с 1,0 1,0 1.0 Количество банков линий I/O 1,2 1,2 – Максимальное количество линий I/O 2,5/3,3 2,5/3,3 – Напряжение питания ядра у ультранизковольтного устройства (LV), В Напряжение питания ядра у низковольтного устройства (EV), В Напряжение питания ядра у обычного устройства (UV), В поддерживаемыми соответствующим в ПЛИС также имеются входы высо- Типичные значения параметров PLL банком IO ПЛИС. В качестве макси- коскоростного синхросигнала HCLK с ПЛИС GOWIN серии GW1N приведе- мального тока нагрузки для каждо- меньшими по сравнению с PCLK вну- ны в табл. 12 [2]. го выхода GPIO ПЛИС может быть тренними задержками распростране- задано одно из значений: 4 мА, 8 мА, ния, предназначенные для синхрони- Как можно видеть из вышеприве- 16  мА, 24 мА. Линии GPIO ПЛИС под- зации критичных к задержкам узлов и денной информации, ПЛИС семейства держивают следующие стандарты вво- интерфейсов ПЛИС. LittleBee по своим ресурсам подходят да-вывода: LVCMOS33/25/18/15/12; для разработки приложений малой и LVTTL33, SSTL33/25/18 I, SSTL33/25/18 Типичные значения внутренних средней сложности. II, SSTL15; HSTL18 I, HSTL18 II, HSTL15 задержек ПЛИС GOWIN серии GW1N I; PCI, LVDS25, RSDS, LVDS25E, приведены в табл. 9 [2]. 2. Семейство ПЛИС Arora BLVDSEMLVDSE, LVPECLE, RSDSE. Для каждой линии GPIO в ПЛИС Типичные значения задержек Семейство продуктов GOWIN Arora могут быть включены внутренние BSRAM ПЛИС GOWIN серии GW1N предлагает энергонезависимые ПЛИС резисторы подтяжки к питанию, к приведены в табл. 10 [2]. типа FPGA с логической матрицей на общему проводу и режим открытого основе SRAM, со средним количеством коллектора. Типичные значения задержек син- логических ресурсов (до 55K ячеек хросигналов и сигналов в линиях I/O LUT4), со средним и большим количе- Помимо входов синхросигнала ПЛИС GOWIN серии GW1N приведены ством пользовательских линий I/O (от PCLK, используемых в ПЛИС семей- в табл. 11а [2]. Для сравнения в табл. 66 до 608), несколькими поддерживае- ства LittleBee в качестве источников 11б приведены типичные значения мыми интерфейсами, реализованны- глобального синхросигнала (GCLK), задержек синхросигналов и сигналов ми в виде аппаратных ядер (MIPI CSI-2, в линиях I/O ПЛИС Intel (Altera) попу- MIPI DSI, LVDS, HDMI, USB 2.0, PCI, лярной серии MAX 10 [3]. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 17

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица 15. ПЛИС GOWIN серии GW2AR Ethernet, DDR3, HyperRAM, PSRAM), Устройство GW2AR-18 встроенной оперативной памятью, Количество ячеек LUT4 20 736 Количество ячеек Flip-Flop (FF) 15 552 встроенными модулями аппаратных Теневая память SSRAM, бит 41 472 Блочная память BSRAM, бит 828K умножителей, встроенными DSP и PLL, Количество блоков BSRAM 46 Память PSRAM, бит 64M встроенной дополнительной пользова- Память SDR/DDR SDRAM, бит Количество умножителей 18×18 64M / 128M тельской Flash-памятью. Количество PLL 48 Количество банков линий I/O 4 Доступная в настоящее время номен- Максимальное количество линий I/O 8 Напряжение питания ядра, В 384 клатура серий семейства GOWIN Arora Таблица 16. ПЛИС GOWIN серии GW2ANR 1,0 представлена в табл. 13–17. Данные взя- Устройство Количество ячеек LUT4 ты с сайта GOWIN Semiconductor Corp [1]. Количество ячеек Flip-Flop (FF) Теневая память SSRAM, бит Типичные характеристики ПЛИС Блочная память BSRAM, бит Количество блоков BSRAM семейства Arora: Память NOR FLASH, бит Память SDR SDRAM, бит ● техпроцесс по нормам 55 нм; Количество умножителей 18×18 Количество PLL ● исполнение в широкой линейке (око- Количество банков линий I/O Максимальное количество линий I/O ло двадцати типоразмеров) корпу- Напряжение питания ядра, В Таблица 17. ПЛИС GOWIN серии GW2A-A сов: от QFN88 размерами 10×10 мм Устройство до PG1156 размерами 35×35 мм; Количество ячеек LUT4 Количество ячеек Flip-Flop (FF) ● встроенная Flash-память, использу- Блочная память SRAM, бит Пользовательская память Flash, бит емая в устройстве в качестве пользо- Количество умножителей 18×18 Количество PLL вательской памяти; Количество банков линий I/O Напряжение питания ядра, В ● гибкая система программирования, Исполнение в корпусе Количество линий I/O GW2ANR-18 позволяющая использовать для про- 20 736 15 552 граммирования (загрузки конфигу- 41 472 828K рации) следующие режимы и интер- 46 32M фейсы: JTAG, MSPI, SSPI, SERIAL, 64M 48 CPU; 4 8 ● поддержка программирования памя- 384 1,0 ти SPI Flash, реализованной в виде IP-ядра, через интерфейсы JTAG и SSPI; ● поддержка включаемой специаль- ным битом защиты шифрованием файла конфигурации; ● поддержка интерфейсов в виде ап- паратных ядер MIPI CSI-2, MIPI DSI, LVDS, HDMI, USB 2.0, PCI, Ethernet, DDR3, HyperRAM, PSRAM; ● рабочий температурный диапазон от 0 до +85ºC (коммерческое исполне- ние), от –40 до +100ºC (промышлен- ное исполнение). В семействе GOWIN Arora одна и та же ПЛИС может иметь различные зна- чения напряжения питания ядра, на GW2A-LV18 A6 что указывает суффикс в обозначении 20 736 ПЛИС: ультранизковольтное устрой- ство (LV), низковольтное устройство 15 552 (EV), обычное устройство (UV). Типичные характеристики встроен- 828K ной блочной памяти BSRAM ПЛИС – GOWIN серии GW2A семейства Arora [4]: 48 ● максимальное значение частоты синхросигнала 380 МГц; 4 ● организация данных от 1 до 36 раз- 8 рядов; ● поддерживаемые операцион- 1,0 ные режимы: однопортовое ОЗУ (SinglePort), двухпортовое ОЗУ QFN88 BG256 (DualPort), полудвухпортовое ОЗУ 66 207 (SemiDualPort), ПЗУ (ROM); ● поддержка бита паритета; 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица 18. Типичные значения внутренних задержек ПЛИС GOWIN серии GW2A семейства Arora Имя параметра Описание параметра Мин. значение Макс. значение Единица измерения t LUT4_CFU_ Задержка ячейки LUT4 – 0,337 нс t SR_CFU ____ Задержка со входа установки/сброса – 0,93 нс t COCFU____ регистра до выхода регистра – 0,38 нс Задержка со входа синхросигнала регистра до выхода регистра Таблица 19. Типичные значения задержек BSRAM ПЛИС GOWIN серии GW2A семейства Arora Имя параметра Описание параметра Мин. значение Макс. значение Единица измерения t COAD_BSRAM Время чтения адреса/данных – 2,55 нс t COOR_BSRAM относительно синхросигнала – 0,28 нс Время появления данных на выходе регистра относительно синхросигнала Таблица 20. Типичные значения задержек синхросигналов и сигналов в линиях IO ПЛИС GOWIN серии GW2A семейства Arora Исполнение ПЛИС -8 Исполнение ПЛИС -7 Описание параметра Макс. Макс. Единица значение значение измерения Мин. значение Мин. значение Задержка «ножка ПЛИС-LUT-ножка ПЛИС» (Pin-LUT-Pin) – 3,83 – 4,59 нс Задержка сигнала HCLK в дереве сигналов – 0,82 – 0,98 нс Задержка сигнала GCLK в дереве сигналов – 1,77 – 2,12 нс ĽĹĻŁĿijĿļľĿijıŐ ŎļĶĻŃŁĿľĹĻı INWAVE.RU MWA-400 +7 (495) 137-5335 őŞőŜřŘőţşšŢŠŖśţšőřŢřŔŞőŜşœ ĵřőŠőŘşŞšőŒşŨřŦ ŨőŢţşţ łŕŖŜőŞşœŁşŢŢřř śĴŧĴĴŧ ĻşŞţšşŜŭŞşřŘŝŖšřţŖŜŭŞşŖşŒşšŤŕşœőŞřŖ ĽřŞřŝőŜŭŞőŰŠşŜşŢő Реклама šőŘšŖũŖŞřŰ СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU Ĵŧ ŀşŜşŢőőŞőŜřŘő ŢŠŖśţšőšŖőŜŭŞşŔş œšŖŝŖŞřřŘőŠřŢř ĽĴŧ ňŤœŢţœřţŖŜŭŞşŢţŭ ŠšřǺС ŕIJŝĴŧ ĹŞţŖšťŖŚŢ œŬœşŕőŕőŞŞŬŦ ĴŒřţŢ(WKHUQHW 19

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица 21. Типичные значения параметров PLL ПЛИС GOWIN серии GW2A семейства Arora Исполнение ПЛИС -9/-8/-7 Исполнение ПЛИС -6 Имя параметра Описание параметра Мин. Макс. Мин. Макс. Единица значение значение значение значение измерения CLKIN Входная частота PLL 3 500 3 400 МГц CLKOUT Выходная частота PLL 3,90625 625 3,125 500 МГц Таблица 22. ПЛИС GOWIN серии GW5A GW5A-25 GW5A-138 Устройство 23 040 138 240 23 040 138 240 Количество ячеек LUT4 Количество регистров 180 1080 Теневая память SSRAM, Кбит 1008 6120 Блочная память BSRAM, Кбит 56 340 Количество блоков BSRAM 298 Количество DSP 28 12 Количество PLL 6 32 Количество глобальных входов синхросигнала 32 Количество HCLK 16 24 Поддержка PCle 2.0 – – Скорость обмена через LVDS, Гбит/с 1,25 1,25 Скорость обмена с DDR3, Мбит/с 1066 1333 2,5G 2,5G Аппаратное ядро MIPI DPHY 4 полосы данных 8 полос данных 1 полоса синхросигнала 2 полосы синхросигнала Количество модулей АЦП 1 2 Количество банков линий I/O 9 6 Максимальное количество линий I/O 236 376 Напряжение питания ядра, В 0,9/1,0 0,9/1,0 ● поддержка функции коррекции оши- могут быть включены внутренние ПЛИС GOWIN серии GW2A приведе- бок. резисторы подтяжки к питанию, к ны в табл. 20 [4]. Все линии ввода-вывода обще- общему проводу и режим открытого коллектора. Типичные значения параметров PLL го назначения (GPIO) внутри ПЛИС ПЛИС GOWIN серии GW2A приведе- серии GW2A семейства Arora жёст- Помимо входов синхросигна- ны в табл. 21 [4]. ко относятся к банку ввода-вывода ла PCLK, используемых в ПЛИС I/O с одним из внутренних опорных семейства Arora в качестве источ- Как можно видеть из вышеприве- напряжений: +3,3 В, +2,5 В, +1,8 В, ников глобального синхросигнала денной информации, ПЛИС семей- +1,5 В, +1,2 В. Таким образом, воз- (GCLK), в ПЛИС также имеются вхо- ства Arora по своим ресурсам подходят можно подключение к ПЛИС различ- ды высокоскоростного синхросигна- для разработки приложений средней ных внешних устройств с рабочими ла HCLK с меньшими по сравнению сложности. логическими уровнями, поддержи- с PCLK внутренними задержками ваемыми соответствующим банком распространения, предназначен- 3. Семейство ПЛИС Arora V GPIO ПЛИС. В качестве максималь- ные для синхронизации критичных ного тока нагрузки для выхода GPIO к задержкам узлов и интерфейсов Семейство продуктов GOWIN Arora ПЛИС может быть задано одно из ПЛИС. V предлагает энергонезависимые значений: 4 мА, 8 мА, 16 мА, 24  мА. ПЛИС типа FPGA с логической матри- Линии GPIO ПЛИС поддерживают Типичные значения внутренних цей на основе SRAM, с большим коли- следующие стандарты ввода-выво- задержек ПЛИС GOWIN серии GW2A чеством логических ресурсов (до 138K да: LVCMOS33/25/18/15/12; LVTTL33, приведены в табл. 18 [4]. ячеек LUT4), с большим количеством SSTL33/25/18 I, II, SSTL15HSTL18 I, II, пользовательских линий I/O (от 236 до HSTL15 I; PCI, LVDS25, RSDS, LVDS25E, Типичные значения задержек 376), несколькими поддерживаемыми BLVDSE, MLVDSE, LVPECLE, RSDSE. BSRAM ПЛИС GOWIN серии GW2A высокоскоростными интерфейсами, Для каждой линии GPIO в ПЛИС приведены в табл. 19 [4]. реализованными в виде аппаратных IP-ядер (MIPI CSI-2, MIPI DSI, LVDS, Типичные значения задержек син- HDMI, USB 2.0, PCI, Ethernet, DDR3, хросигналов и сигналов в линиях I/O 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица23.ПЛИС GOWIN серии GW5AT GW5AT-60 GW5AT-138 Устройство 57 600 138 240 57 600 138 240 Количество ячеек LUT4 450 1080 Количество регистров 2322 6120 Теневая память SSRAM, Кбит 129 340 Блочная память BSRAM, Кбит 120 298 Количество блоков BSRAM 10 12 Количество DSP 32 32 Количество PLL 20 24 Количество глобальных входов синхросигнала 4 8 Количество HCLK Количество приёмопередатчиков 270 Мбит/с … 12,5 Гбит/с 270 Мбит/с … 12,5 Гбит/с Скорость обмена приёмопередатчиков 1, x1, x2, x4 1, x1, x2, x4, x8 Поддержка PCIe 2.1 1,25 1,25 Скорость обмена через LVDS, Гбит/с 1333 1333 Скорость обмена с DDR3, Мбит/с 2,5G 2,5G 8 полос данных Аппаратное ядро MIPI DPHY 8 полос данных 2 полосы синхросигнала 2 полосы синхросигнала Количество модулей АЦП 2 Количество банков линий I/O 1 6 Максимальное количество линий I/O 5 376 Напряжение питания ядра, В 250 0,9/1,0 0,9/1,0 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 21

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ HyperRAM, PSRAM), встроенной опе- Линии GPIO ПЛИС поддерживают Типичные характеристики встро- следующие стандарты ввода-вывода: енного аппаратного ядра MIPI ративной памятью, встроенными LVCMOS, PCI, LVTTL, SSTL, HSTL, D-PHY RX/TX ПЛИС GOWIN серии LVDS, Mini_LVDS, RSDS, PPDS, BLVDS. GW5A (GW5AT-25) семейства Arora модулями аппаратных умножителей, Для каждой линии GPIO в ПЛИС могут V [5]: быть включены внутренние резисторы ● 4 полосы данных + 1 полоса синхро- встроенными DSP и PLL, встроенны- подтяжки к питанию, к общему про- воду и режим открытого коллекто- сигнала; ми модулями АЦП. ра. Логика линий GPIO ПЛИС может ● скорость до 2,5 Гбит/с на полосу (RX/TX); функционировать в базовом режиме, ● IP-ядра уровня связи MIPI DSI и MIPI Доступная в настоящее вре- режиме SDR, режиме DDR. CSI-2 RX. мя номенклатура серий семей- Помимо многочисленных вхо- Типичные характеристики интерфейса дов синхросигнала PCLK (32 входа), внешней памяти DRAM ПЛИС GOWIN ства GOWIN AroraV представлена используемых в ПЛИС семейства Arora серии GW5A семейства Arora V [5]: V в качестве источников глобального ● поддержка различных типов памя- в табл. 22, 23. Данные взяты с сайта синхросигнала (GCLK), в ПЛИС так- ти: DDR2, DDR3, PSRAM, HyperRAM, же имеются многочисленные входы RPC; GOWIN Semiconductor Corp [1]. высокоскоростного синхросигнала ● скорость обмена 1333 Мбит/с HCLK (от 16 до 24 входов) с меньши- (GW5A(T)-138) или 1066 Мбит/с Типичные характеристики ПЛИС ми по сравнению с PCLK внутренними (GW5A-25). задержками распространения, предна- Типичные характеристики встроен- семейства Arora V: значенные для синхронизации критич- ного модуля АЦП ПЛИС GOWIN серии ных к задержкам узлов и интерфейсов GW5A семейства Arora V [5]: ● исполнение в корпусе FPG676A раз- ПЛИС. ● отношение сигнал/шум 60 дБ; ● полоса пропускания сигналов мерами 27×27 мм; Типичные характеристики встроен- 1 кГц; ного модуля DSP ПЛИС GOWIN серии ● гибкая архитектура входов с ● гибкая система программирования, GW5A семейства Arora V [5]: Х-канальной передискретизацией; ● поддержка аппаратного умножения ● не требуется внешний источник позволяющая использовать для про- опорного напряжения. в режимах 12×12, 27×36, 27×18; Типичные значения внутренних граммирования интерфейсы JTAG, ● 48-разрядный аккумулятор; задержек ПЛИС GOWIN серии GW5A ● возможность каскадирования DSP; на момент выхода этой статьи произ- MSPI, SSPI, CPU, SERIAL; ● встроенные конвейерные регистры водитель не представил. Типичные значения задержек ● поддержка одновременно несколь- и обходные регистры; BSRAM ПЛИС GOWIN серии GW5A ● предварительные операции сложе- на момент выхода этой статьи произ- ких источников загрузки конфигу- водитель не представил. ния в функциях фильтрации; Типичные значения задержек син- рации; ● встроенная петля обратной связи и хросигналов и сигналов в линиях I/O ПЛИС GOWIN серии GW5A на момент ● поддержка высокоскоростных ин- переключатель потока. выхода этой статьи производитель не Типичные характеристики встро- представил. терфейсов в виде аппаратных IP- енного высокоскоростного интер- Типичные значения параметров PLL фейса SERDES ПЛИС GOWIN GW5A ПЛИС GOWIN серии GW5A на момент ядер: MIPI CSI-2, MIPI DSI, LVDS, (GW5AT-138) семейства Arora V[5]: выхода этой статьи производитель не ● операции со скоростями представил. HDMI, USB 2.0, PCI, Ethernet, DDR3, 270 Мбит/с … 12,5 Гбит/с; Как можно видеть из вышеприведен- ● извлечение синхросигнала из дан- ной информации, ПЛИС семейства Arora HyperRAM, PSRAM; ных (CDR); V по своим ресурсам подходят для разра- ● выделенные каналы RX и TX; ботки приложений большой сложности. ● рабочий температурный диапазон от ● интегрированный 8/10-разрядный кодер/декодер; Литература 0 до +85ºC (коммерческое исполне- ● аппаратное ядро PCIe2.0 с количе- ством полос: x1, x2, x4, x8. 1. URL: https://www.gowinsemi.com. ние), –40 до +100ºC (промышленное Типичные характеристики встро- енного аппаратного ядра MIPI 2. GW1N series of FPGA Products Data Sheet. исполнение) до –40 до +105ºC (авто- D-PHYRX ПЛИС GOWIN серии GW5A (GW5AT-138) семейства Arora V [5]: DS100-2.9E, 09/29/2022. мобильное исполнение). ● скорость до 20 Гбит/с D-PHYRX ап- паратного PHY; 3. Intel MAX 10 FPGA Device Datasheet. M10- Типичные характеристики встроен- ● 8 полос данных + 2 полосы синхро- сигнала; DATASHEET. 2017.06.16. ной блочной памяти BSRAM ПЛИС ● скорость до 2,5 Гбит/с на полосу; ● IP-ядра уровня связи MIPI DSI и MIPI 4. GW2A series of FPGA Products Data Sheet. GOWIN серии GW5A семейства Arora CSI-2 RX. DS102-2.4E, 09/15/2022. V [5]: 5. Arora V series of FPGA Products Data Sheet. ● максимальное значение частоты DS981-1.0E, 09/26/2022. синхросигнала 380 МГц; ● организация данных до 76 разрядов; ● поддерживаемые операцион- ные режимы: однопортовое ОЗУ (SinglePort), двухпортовое ОЗУ (DualPort), полудвухпортовое ОЗУ (SemiDualPort), ПЗУ (ROM); ● поддержка бита паритета; ● поддержка функции коррекции оши- бок. Все линии ввода-вывода обще- го назначения (GPIO) внутри ПЛИС серии GW5A семейства Arora V могут относиться к банку ввода-вывода I/O с одним из внутренних опорных напря- жений: +3,3 В, +2,5 В, +1,8 В, +1,5 В, +1,35 В, +1,2 В, +1 В. Таким образом, возможно подключение к ПЛИС раз- личных внешних устройств с рабочи- ми логическими уровнями, поддержи- ваемыми соответствующим банком GPIO ПЛИС. В качестве максимального тока нагрузки для выхода GPIO ПЛИС может быть задано одно из значений: 4 мА, 8 мА, 12 мА, 16  мА, 24  мА. 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ НОВОСТИ МИРА Законопроекты о цифровом Главу 45 Гражданского кодекса Рос- В феврале Центробанк сообщал, что с рубле приняты в первом сийской Федерации предлагается до- 1 апреля 13 банков начнут пилотный про- чтении полнить положениями о цифровом счё- ект реальных операций с цифровым рублём те (кошельке) и о новом виде договора – для физических лиц, а именно: переводы и Госдума приняла в первом чтении поправ- договоре цифрового счёта (кошелька), оплату товаров и услуг. «Пилот» будет идти ки в законодательство, в том числе изме- а также о порядке и особенностях его на реальных операциях и реальных клиен- нения в Гражданский кодекс РФ, в связи с заключения, расторжения, совершения тах, но с ограниченным количеством опе- внедрением цифрового рубля. по нему операций, наследования и дру- раций. гими новеллами. Напомним, в соответствии с поправка- industry-hunter.com ми за Банком России закрепляется статус оператора платформы цифрового рубля, а также функции по организации и обеспе- чению её бесперебойного функционирова- ния. Устанавливается ответственность Цен- тробанка за сохранность цифровых рублей и правильность учёта информации об опе- рациях с цифровыми рублями. В свою очередь, поправки в Гражданский кодекс относят цифровые рубли к безналич- ным денежным средствам, регулируют во- просы, связанные с заключением и растор- жением договора цифрового счёта и осу- ществлением операций по нему, включая особенности списания цифровых рублей с такого счёта. Кроме того, уточняется, что платежи на территории Российской Феде- рации осуществляются в том числе путём расчётов цифровыми рублями. Реклама СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 23

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ МОЩНЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ТРАНЗИСТОР СО СТАТИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИЕЙ КП926А, Б Юрий Максименко ([email protected]) области составляет 250 мкм). Управ- ление транзистором при запирании В этой статье представлены характеристики транзистор со статической осуществляется перекрытием прово- индукцией КП926, разработанного ещё во времена СССР, но до сих пор дящего канала областью простран- вполне конкурентоспособного по технологическим характеристикам ственного заряда обратно-смещённого и себестоимости, а в некоторых применениях даже превосходящего p-n-перехода затвор-исток и измене- современные силовые полупроводниковые приборы. нием высоты потенциального барьера полем затвора и стока, открывание – Транзистор со статической индукци- Разработанный в 1990 году высоко- закачкой тока в затвор. ей КП926 был разработан в 1990 году, вольтный транзистор со статической но до сих пор его основные параметры индукцией (СИТ) КП926 с развитой Основные электрические параме- не были представлены в литературе, металлизацией затвора был первым тры транзистора КП926А, Б приведе- хотя он был первым высоковольтным прибором, способным работать как в ны в табл. 1. транзистором данного класса, спо- полевом, так и в биполярном режиме. собным работать как в полевом, так Транзистор n-канального типа с вер- Максимально допустимые электри- и в биполярном режиме. Транзистор тикальной структурой канала изготав- ческие параметры приведены в табл. 2. предназначен для использования в ливается по планарно-эпитаксиальной источниках вторичного электропита- технологии с использованием метода На рис. 2 приведены выходные воль- ния с бестрансформаторным входом, самосовмещения областей истока и тамперные характеристики для двух устройствах электропривода постоян- затвора [1]. Конструктивно он выпол- режимов работы: полевого и биполярно- ного и переменного тока, регуляторах, нен в металлостеклянном корпусе КТ-9 го. На рис. 3 представлена зависимость стабилизаторах, усилителях мощности (рис. 1). Транзистор произвёл целую Rси отк от тока затвора при различных и другой радиоэлектронной аппара- революцию в преобразовательной тех- значениях тока стока, на рис. 4 – туре. Сегодня автором данной статьи нике. Он имел супернизкое сопротив- зависимость Rси отк от температуры на предложены конструктивно-техно- ление канала в открытом состоянии корпусе, а на рис. 5 и 6 – соответствен- логические доработки транзистора (в корпусе КТ-9 менее 22 мОм) и высо- но зависимость ёмкостей затвор-исток и КП926, которые обеспечивают сни- кое быстродействие (способен был затвор-сток от прикладываемых напря- жение эффективной ёмкости затвора работать на частоте до 1 МГц). жений [2]. более чем в 30 раз, снижение сопро- тивления канала почти на три поряд- Активная область транзистора Полевой транзистор КП926 со ста- ка, позволяют в несколько раз повы- КП926 состоит из параллельно сое- тической индукцией, разработанный сить максимально допустимое рабочее динённых элементарных транзи- в 1990 году, и сегодня обладает рядом напряжение и коэффициент усиления, сторных ячеек с суммарной протя- преимуществ по сравнению с наибо- обеспечить выход годных по кристал- жённостью канала 127,5 см и девяти лее распространёнными транзистора- лу, соизмеримый с биполярным тран- периферийных делительных колец ми IGBT: зистором. для обеспечения высоких пробивных ● гораздо меньшее сопротивление в от- напряжений стока. Затвор формиру- Представляет интерес сравнение ется диффузией примеси р-типа на крытом состоянии, так как на пути параметров транзистора КП926 разра- глубину 4,8 мкм и выполнен в виде протекания тока нет ни одного p-n- ботки 1990 года с параметрами транзи- ячеистой структуры, охватывающей перехода (у IGBT их три); стора после конструктивных доработок. n+-области истоков (длина каждой ● бóльшая плотность тока в канале и, соответственно, больший коэффици- ент усиления; ● более высокое быстродействие, так как выключается через затвор; Таблица 1. Основные электрические параметры транзистора КП926 Полевой режим Биполярный режим Тип Iз ут, мА Iзс ут, мА Uзи отс, В Rси отк, Ом S, β* μ* Rси транзистора А/В отк, Ом КП926 тип не > тип не > тип не < тип не > тип не < тип не > А 0,1 1,0 0,1 1,0 –10 –15 0,25 0,5 3,0 30 45 0,02 Б 0,1 1,0 0,1 1,0 –10 –15 0,25 0,5 2,0 30 45 0,02 Рис. 1. Внешний вид транзистора серии Условные обозначения: Iз ут – ток утечки затвор-исток; Iзс ут – ток утечки затвор-сток; Uзи отс – напряжение отсечки; Rси отк – сопротивление КП926 в открытом состоянии; S –крутизна характеристики;β* – коэффициент усиления по току; μ* – коэффициент усиления по напряжению. 24 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ ● более высокая перегрузочная спо- Таблица 2. Максимально допустимые собность, так как имеет отрицатель- электрические параметры ную температурную зависимость то- транзистора КП926 ка стока от температуры (рис. 4). По сравнению с появившимися за Параметр Тип транзистора КП926 АБ рубежом полевыми транзисторами, выполненными на SiC, он также име- Uси ,макс В 450 400 ет ряд существенных преимуществ: ● более высокое быстродействие (из- Uзс ,макс В 475 420 за более высокой подвижности ос- Uзи ,макс В –25 –20 а новных носителей тока); Iс ,макс А 16,5 16,5 ● более простое управление. Iс им ,макс А 30 30 б Кроме того, технология изготовле- Iпр.з ,макс А ния транзистора КП926, освоенная в Iпр з им ,макс А 2 2 Рис. 2. Вольтамперные серийном производстве, намного про- 4 4 характеристики транзисторов ще, чем технология производства тран- КП926А, Б для полевого (а) и зисторов IGBT и, особенно, транзисто- Рмакс, Вт 50 50 биполярного (б) режима работы ров на SiC, так как SiC по твёрдости зистор КП926 с такими доработками соизмерим с алмазом [3]. ● Uси макс – максимально допустимое напряжение сток- будет способен работать на частотах Сегодня конструкция кристалла исток; до 10 МГц и по основным параметрам КП926 доработана [4], что позволи- значительно превосходить транзисто- ло уменьшить эффективную ёмкость ● Uзс макс – максимально допустимое напряжение затвор- ры на SiC и GaN. Также его достоин- затвора на порядок, а современное сток; ством перед транзисторами на SiC и корпусирование кристалла позволит GaN будет то, что кристалл изготав- уменьшить сопротивление прибора ● Uзи макс – максимально допустимое напряжение за- ливается по довольно простой, хоро- до 2…3 мОм. твор-исток; В работе [5] предложена принципи- ально новая конструкция КП926, кото- ● Iс макс – максимально допустимый ток стока; рая основана на использовании Trench ● Iпр.з макс – максимально допустимый прямой ток затвора; технологии [6] и базовой технологии ● Iпр з им макс – максимально допустимый прямой ток за- создания СИТ [1]. Данная конструк- ция позволяет снизить эффективную твора импульсный; ёмкость более чем в 30 раз, обеспечить сопротивление канала в открытом ● Рмакс – максимальная мощность при температуре кор- состоянии менее 1 мОм (в современ- пуса от –60 до +25˚С. ном корпусе) и увеличить коэффици- ент усиления по току в 2 раза. ру только в полевом режиме и иметь Во всех конструкциях КП926 можно при этом сопротивление канала менее вместо n⁺-истока сформировать изо- 0,01 мОм. Такая высокая плотность в типный гетеропереход, что позволит канале основных носителей позво- повысить в канале плотность основ- лит увеличить толщину эпитаксиаль- ных носителей на три порядка [7]. ной структуры и тем самым увеличить Это позволит работать транзисто- рабочее напряжение в несколько раз без особого ущерба сопротивлению и быстродействию. Ожидается, что тран- Рис. 3. Зависимость сопротивления канала транзисторов Рис. 4. Зависимость сопротивления канала в открытом КП926А, Б от тока затвора при различных значениях тока стока состоянии в режиме Іс = 10 А и Ізи = 1 А от температуры на корпусе СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 25

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Рис. 5. Зависимость ёмкости затвор-исток от напряжения Рис. 6. Зависимость ёмкости затвор-сток от напряжения затвор-исток транзисторов КП926А, Б затвор-сток транзисторов КП926А, Б шо отработанной в серийном произ- 2. Агафонов С.М., Бономорский О.И., 5. Максименко Ю.Н. Мощный высоковольт- водстве технологии. Макаров В.А. и др. Исследование вольфарад- ный идеальный полупроводниковый ключ ных характеристик транзисторных структур // СВЧ-техника и телекоммуникационные Литература с электростатической // Сб. науч. трудов № технологии. 2022. Вып. 4. С. 165–166. 76. М.: Моск. энерг. ин-т, 1985. C. 111–113. 1. Максименко Ю.Н., Корнилова С.Н., 6. Колпаков А. Технология построения сило- Жуковский Н.М. Авторское свидетель- 3. Войтович В.Е., Гордеев А.И. Эскизы контуров вых модулей IGBT-NPT, Trench, SPT… Что ство № 1215546 СССР, МКИ HOI 21/18. силовой электроники середины текущего дальше? / // Силовая электроника. 2006. Способ изготовления полевых транзи- века // Современная электроника. 2015. № 5. № 3. сторов с управляющим р-n-переходом и вертикальным каналом: № 3052227 : заявл. 4. Максименко Ю.Н. Транзистор со статической 7. Максименко Ю.Н. Мощные полупроводни- 22.06.1982 : зарег. в Госреестре изобрете- индукцией КП926 с повышенным быстро- ковые приборы со статической индукци- ний СССР 01.11.1985. действием // Электронная техника. Сер. 2. ей: монография. Новосибирск: PVN, 2022. Полупроводниковые приборы. 2022. № 3. 214 с. НОВОСТИ МИРА Разработан транзистор, сов. Такое поведение может имитировать ся отличных результатов во время эталон- который имитирует работу транзистор с несколькими десятками со- ного теста распознавания изображений синапсов человеческого стояний. MNIST. CEA-Leti разработала транзистор мозга с расчётом на массовое производство: он Потребление энергии, равное синапсу изготавливается на 200-мм пластинах с Учёные французского исследователь- Ещё одно сходство между этим новым использованием технологий, совмести- ского центра CEA-Leti EA-Leti разработа- транзистором и синапсом заключается в мых с КМОП. ли транзистор, который имитирует работу том, что оба являются ионными. Транзи- синапсов человеческого мозга, – иннова- стор использует ту же электрохимическую «Все эти элементы обнадёживают, но мы ция, которая, возможно, является наибо- реакцию, что и в синапсе. В случае транзи- находимся только на первых этапах процес- лее близкой к имитации того, как работа- стора его канал состоит из оксида титана, са оценки. Мы должны продолжать доводить ют нейроны мозга. Этот транзистор имеет по которому текут ионы лития. В зависимо- транзистор до зрелости и обеспечивать все- много общего с человеческими синапсами: сти от их количества они модулируют элек- стороннюю оценку его долговечности и на- принцип работы, сверхнизкое энергопотре- тронную проводимость канала. дёжности», – объясняет Сами Оукасси из бление и аналогичный уровень миниатю- Эта биотехнологическая функция позво- CEA-Leti. ризации. Он открывает дверь в будущее с ляет транзистору устанавливать новые ре- более мощными схемами, которые будут корды энергоэффективности: транзистор Ориентация на глубокие нейронные соответствовать потребностям искусствен- потребляет 1 фемтоджоуль на квадрат- сети ного интеллекта. ный микрон, столько же, сколько синапс. Его энергопотребление до 100 раз меньше, Как только транзистор будет полностью Транзистор, представленный ЦЭА-Ле- чем у других компонентов, таких как рези- оценен и подтверждён, его низкое энерго- ти, является аналоговым. Другими слова- стивная память, которые в настоящее вре- потребление позволит интегрировать его в ми, вместо двух возможных состояний, от- мя используются для тех же приложений. нейроморфные схемы. Эти схемы предна- крытого и закрытого, у него около 50 воз- 200-мм пластины и совместимость значены для распознавания изображений можных состояний. Это позволяет ему с CMOS и голоса. На этапах обучения эти схемы ис- воспроизводить работу синапсов. Синап- Этот новый транзисторный слой явля- пользуются интенсивно, и любая экономия сы действуют как связь между нейронами ется ультратонким (толщиной 200 нм) и с точки зрения энергопотребления особен- головного мозга, которые активируются, прочным (более 100 000 циклов). При ин- но ценна в этот момент. CEA-Leti подала три когда их синапсы зафиксировали опреде- теграции в нейроморфную схему он добил- патентные заявки на защиту этой много- лённое количество электрических импуль- обещающей технологии. russianelectronics.ru 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ НОВОСТИ МИРА В Минцифры заявили о новом Правительство, в свою очередь, в рамках товым процессором, управляет кубитами и способе стимулировать соглашения возьмёт на себя обязательство считывает результаты. По крайней мере, развитие отечественного ПО по предоставлению определённых префе- два других чипа, которые всё ещё находят- ренций по доступу на рынок. ся в стадии разработки, будут находиться Заместитель министра цифрового разви- в чуть более тёплой части криогенной ка- тия связи и массовых коммуникаций Мак- industry-hunter.com меры. Они могут дополнительно обрабаты- сим Паршин сообщил о планах Минцифры вать информацию, необходимую для кван- по новым формам поддержки российских Представлен чип товых вычислений. компаний – разработчиков программного для квантовых компьютеров, обеспечения (ПО), сообщила IT-ассоциация работающий при По словам Леви, эта технология может «Руссофт». температуре ниже, упростить создание более мощных кван- чем в открытом космосе товых компьютеров, поскольку каждая – Мы планируем сконцентрировать вни- криогенная камера сможет поддерживать мание на привлечении негосударствен- Нью-йоркский стартап SEEQC, который большее количество кубитов. Современ- ных инвестиций в IT. В частности, через занимается квантовыми компьютерами, ные сверхпроводящие квантовые компью- реализацию механизма «рынок в обмен заявил о создании цифрового чипа, кото- теры имеют сотни кубитов, но, по некото- на инвестиции», когда компания берёт от- рый может работать при температурах ни- рым оценкам, для создания квантового ком- ветственность за развитие продукта, а го- же, чем в открытом космосе, поэтому его пьютера для запуска полезных алгоритмов сударство обеспечивает на него гаранти- можно использовать с квантовыми процес- могут потребоваться тысячи или даже мил- рованный спрос. Также планируется рабо- сорами, которые часто находятся в крио- лион кубитов. та с инвестиционными фондами, которые генных камерах. заинтересованы в финансовых вложени- По словам Леви, цифровые чипы SEEQC ях в цифровые технологии, – заявил Пар- Квантовые компьютеры, основанные на производятся на заводе SEEQC в Элмсфор- шин на заседании комитета «Руссофт» по квантовой физике, смогут однажды выпол- де с использованием кремниевых пластин, взаимодействию с органами государствен- нять вычисления в миллионы раз быстрее, но без использования транзисторов. ной власти. чем самый мощный суперкомпьютер сегод- ня. Одна из сложностей заключается в том, industry-hunter.com Он добавил, что в настоящее время мини- что квантовые процессоры с квантовыми стерству необходимо «настроить регулято- битами, или кубитами, часто необходимо Россия может начать рику», и Минцифры ждёт поддержки «Рус- хранить при очень низких температурах, производство процессоров с софт» в работе над этим вопросом. близких к нулю по Кельвину, или –273,15 дружественными странами по Цельсию. С другой стороны, классиче- уже в этом году Максим Паршин подтвердил готовность ские компьютеры работают при обычных министерства оказывать поддержку экспор- температурах. Президент ассоциации отечественных ту ПО и услуг по его разработке, говорит- разработчиков программного обеспечения ся в сообщении. Сегодня провода соединяют квантовый «Руссофт» Валентин Макаров в Telegram- процессор в морозильной камере с клас- канале подтвердил, что Россия сможет за- «Рынок в обмен на инвестиции» сическими компьютерами при комнатной пустить в течение полугода-года производ- Ранее Паршин рассказывал, что меха- температуре, но изменение температуры ство процессоров по итогам переговоров с низм «рынок в обмен на инвестиции» пред- может замедлить скорость и вызвать дру- дружественными странами. усматривает заключение соглашений между гие проблемы. Таким же образом SEEQC разработчиками и правительством. В рам- построила свой квантовый компьютер и те- Для создания производства процессоров не- ках соглашения разработчик должен будет перь пытается модифицировать его с помо- обходимо вести переговоры с «дружественны- взять на себя обязательства по развитию щью своих новых чипов. ми странами», где есть необходимые техноло- собственного продукта под требования ин- гии и производственные мощности, договари- дустриальных заказчиков. – Если вы пытаетесь построить центр об- ваться с ними о совместных проектах, делить В соглашении должен быть закреплён работки данных, если это ваша цель, то не- вместе с ними стадии разработки и производ- функционал разрабатываемого ПО и опре- достаточно взять такие ранние проекты про- ства продукта. В течение полугода-года у нас делённый график его разработки. Минциф- тотипов и попытаться масштабировать их есть возможность запустить этот процесс и до- ры и Центр компетенций по импортозаме- методом грубой силы, – сказал Джон Ле- биться первых результатов. А одновременно с щению в сфере ИКТ (ЦКИТ) при этом гото- ви, соучредитель и генеральный директор этим учиться у наших партнёров, как произво- вы выступить арбитром в случае возможных SEEQC. дить процессоры, перенимать их опыт, готовить сложностей. свои кадры, наращивать компетенции и техно- Первый чип, представленный на этой не- логии для строительства собственных фабрик. деле, находится непосредственно под кван- К таким странам относят Малайзию, Ки- тай, Индию и, возможно, Южную Корею, добавил Валентин Макаров, отметив, что к каждой из стран нужно искать свои подходы. Он напомнил, что в России разрабатыва- ются собственные 18-нм процессоры, одна- ко после начала специальной военной опе- рации поставки процессоров с Тайваня пре- кратились. ixbt.com СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 27

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Биоидентификация по лицу в проекции алгоритма системного анализа и обработки информации Виолы-Джонса Андрей Кашкаров ([email protected]) в правовом поле. На этой зыбкой почве можно существовать и взаимодейство- В статье рассматриваются попытки деанонимизации лиц на основе вать. «Я не люблю, когда мне лезут в анализа цифровых данных видеоизображений алгоритма Виолы- душу, особенно – когда в неё плюют», – Джонса, а также методы, применяемые активистами, ратующими за пел Владимир Высоцкий. Существует неприкосновенность частной жизни. право на перемещение, личную жизнь и пр., закреплённое в основном законе Деанонимизация сегодня чена, тем больший контроль можно страны. При этом защита персональ- осуществить дистанционно и тем ных данных, мягко говоря, несовер- Не всем нравится, что каждый быстрее оперативно реагировать на шенна. Отчего же обо мне собирают их шаг могут фиксировать с помо- «вызовы времени». Такова одна из информацию без моего согласия, недо- щью видеокамер и анализировать. важных, пусть и косвенных, причин умевает законопослушный гражданин, Однако в нашем современном мире в обосновании прошедшей рефор- желающий – это его право – оставаться с большой турбулентностью подоб- мы МВД со значительным сокраще- анонимным или неузнанным хотя бы ные тенденции – логичный процесс. нием аттестованных сотрудников. на улице. Оставим за рамками статьи Когда-то фермеры на Среднем Запа- Поэтому количество установленных обсуждение мотивации – кому и зачем де США бастовали против расшире- в России видеокамер – в обществен- это надо  – и рассмотрим часто встре- ния сети железных дорог. Извозчики ных местах, в подъездах, на доро- чающиеся (типичные) методы, приме- на лошадях, запряжённых пролетка- гах – огромно и продолжает расти. няемые «для защиты от камер», а так- ми, двуколками, каретами, чувство- Но кто сказал, что системы анали- же методы усовершенствования систем вали угрозу в первых автомобилях. за данных могут определять только видеонаблюдения для купирования В обозримом прошлом, да и теперь лица? Идентифицировать человека подобных методов. словесным нападкам подвергаются можно многими способами. Созда- ГМО-продукты. Новое всегда вызы- ны алгоритмы, учитывающие одежду, Принцип системы анализа вает настороженность. В социуме походку, биометрическую информа- видеоизображений неизбежно возникают группы по цию, а в перспективе системы кон- интересам, поддерживающие и про- троля и безопасности дистанционно В 2001 году Полом Виолой и Май- тестующие против инноваций, когда будут определять частоту сердечных клом Джонсом представлен алгоритм, видят в них – в соответствии со своим сокращений и комплексно анали- позволяющий обнаруживать объекты местом в социуме и мировоззрением – зировать все данные, минимизируя на изображениях в реальном времени. угрозу личной безопасности. Очень ошибки в определении конкретно- Метод и до сего дня является осново- важно видеть и, главное, соблюдать го человека по его видеоизображе- полагающим в этой сфере, но неодно- «рамки» использования средств видео- нию и другим «внешним» данным. кратно усовершенствован. Алгоритм (и иного) контроля в общественных Поэтому видеокамеры  – лишь эле- основан на четырёх принципах полу- местах. Именно это правовое «поведе- мент системы с высокой интеграци- чения и обработки данных. ние» даёт некоторую гарантию и ещё ей, впрочем, элемент очень важный, ● Используются изображения в инте- больше надежды на то, что, с одной ибо от качества «картинки», способ- стороны, защита правопорядка, анон- ности функционировать в условиях гральном представлении, что позво- сированная на пользу в первую оче- непогоды (туман, осадки), загрязне- ляет быстро вычислять необходимые редь гражданам, будет лучше органи- ния (ветер, способствующий пыли) объекты. зована, а с другой стороны, интересы и в условиях ограниченной освещён- ● Используются признаки Хаара, с по- людей не будут нарушены в право- ности зависит результативность всей мощью которых происходит поиск вом поле. системы. нужного объекта (в данном контек- сте – лица и его черт). Одним из способов контроля ситу- Далеко не каждый человек, кто про- ● Используется бустинг (от англ. ации в общественных местах, осу- тивится «контролю со стороны», в boost  – улучшение, усиление) для ществляющегося в режиме реаль- какой бы форме он ни осуществлял- выбора наиболее подходящих при- ного времени с фиксацией записи в ся,  – правонарушитель. Вообще непри- знаков для искомого объекта на дан- цифровом виде, является видеона- миримых борцов с условной «систе- ной части изображения. блюдение. Считается, что, чем боль- мой» много, а гарантией безопасности Все признаки поступают на вход ше видеокамер установлено, чем для окружающих является их действие классификатора, который даёт резуль- бо́льшая «зона покрытия» обеспе- тат «верно» либо «ложь». 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ● Используются каскады признаков Рис. 1. Пример раскраски лица с помощью средства для неэлектронного для быстрого отбрасывания окон, сканирования отпечатков пальцев где не найдено лицо. Видеокамера – только «первый» ская раскраска, а также те, что наполо- Рис. 2. Иллюстрация маски с принтом вину закрыты маской. элемент в системе видеоконтроля и принта лица министра внутренних поиска. От видеокамеры зависит в На рис. 1 представлен пример рас- дел ФРГ (2011–2013) Ганса-Петера основном оптическое качество изобра- краски лица с помощью средства для Фридриха. Известный политик, зани- жения, в остальном действует система неэлектронного сканирования отпе- мавший министерский пост в Герма- искусственного интеллекта на серве- чатков пальцев – специальной пасты. нии не только в области внутренних ре, постоянно обучаемая и совершен- дел, запомнился немцам своей обо- ствуемая. К примеру, метро Москвы и Итак, чередование широких чёрных снованной позицией как сторонник Санкт-Петербурга, оснащённые зна- и белых полос, визуально «ломающих» ужесточения контроля над пользова- чительным количеством видеокамер изображение, что мешает корректно- телями Интернета. Для результатив- наблюдения, считаются наиболее без- му определению его размеров, чёлка, ности «необнаружения» лицо должно опасными в мире. Такие системы свя- закрывающая глаза, и выдающиеся быть скрыто полностью. Кроме того, заны в реальном времени с пополня- надбровные дуги, узор, нанесённый в некоторых странах предметы одеж- емой (корректируемой) базой данных на скулы, – не помогут. Макияж при- ды, скрывающие лицо, находились лиц, находящихся в розыске, что, несо- влекает внимание и требует времени вне закона до начала пандемии коро- мненно, в комплексе с другими органи- для его нанесения. Смена имиджа мог- навируса. зационными мероприятиями помогает ла обмануть камеры наружного наблю- раскрывать совершённые преступле- дения, а этим арсенал правоохраните- Специальная одежда ния. Однако как и с какой эффектив- лей отнюдь не исчерпывался. ностью это происходит – предмет дру- Специальные элементы одежды с гой статьи. Для результативной работы Маски высокой отражающей способностью таких систем необходима безупречная изначально придумали для извест- связь с облачным (серверным) храни- Активисты неприкосновенности ных людей как защиту от папарац- лищем баз данных. Её нарушение при- частной жизни выбирают маски с ци. Такой материал изначально ведёт к сбою системы. Здесь достаточно принтами, балаклавы и даже орто- содержал тысячи сферических кусоч- сказать, что алгоритмическое разви- педические маски для лица. Предпо- ков стекла, отражающих значитель- тие Виола-Джонсовых детекторов для лагалось, что при сравнении окраски ную часть видимого светового спек- решения прикладных задач распозна- вокруг глаз на «лицах» в системах, тра при фотографировании объекта вания изображений совершенствует- использующих метод Виолы-Джон- со вспышкой. В результате на фото- ся постоянно. са, цветная накладка с узором сбива- графиях видна яркая одежда, а раз- ет с толку систему. В итоге программа глядеть, кто в ней,  – нельзя. Моди- Небезупречные методы «думает», что вы – это не вы, а кто-то фицированная идея, возможно, даст другой. Маска с рисунком типа «хаме- защиту от видеокамер. Как пример Из методов за анонимизацию леон в городских джунглях», создан- материала – светоотражающий бли- и «борьбы против камер» извест- ная на стыке высоких технологий и ны следующие. С помощью библи- искусства с помощью принта челове- отеки OpenCV и скриптов на Java ческой головы, креативна, она удобна, и Processing подбирались вариан- но недостаточна из-за условно широ- ты причёсок и макияжа, затрудняю- ких разрезов для области глаз и рта. щие работу алгоритмов распознава- Пример представлен на рис. 2. ния лиц. Ещё 6–8 лет назад это могло помочь, теперь, в условиях усовер- По той же причине недостаточно шенствованного ПО, контрастные балаклавы, условно закрывающей линии и пятна, создающие «ложные половину лица, даже если на «маске» цели», не обманывают алгоритмы. нанесён рисунок в виде пискельного Макияж Парик и даже самый экстравагант- ный макияж на манер параллельных чёрных и белых полос, укрупнённого размера «пикселей» – квадратов и пря- моугольников, нанесённый на лицо спортивного болельщика рисунок, традиционная этническая раскраска африканских племен, которым было под силу обмануть камеры видеона- блюдения десять лет назад, давно не работает. Современные системы видео- контроля распознают даже лица, на которые была нанесена боевая индей- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 29

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 3. Рукавицы со светоотражающим эффектом стер для безопасности в условиях Рис. 4. «Пятно засветки» на изображении, полученном со старой видеокамеры дорожного движения. На рис. 3 пред- ставлены рукавицы со светоотража- му глазу спектре, но и в инфракрасном домовой территории, на дорогах вто- ющим эффектом. диапазоне. Они почти универсальны в ростепенного значения, в некоторых условиях ограниченного освещения – ТСЖ используют условно старое обо- Десять лет назад перспективным в закрытых помещениях или тёмных рудование, экономя на его замене. Но шагом в деанонимизации считалась переулках. Вот почему традицион- в критичной инфраструктуре, в том одежда с изображением лиц извест- ные очки, покрытые светоотражаю- числе в метро, за сменой оборудова- ных людей. Ввиду усовершенство- щим материалом и даже оснащённые ния следят ответственно, и там услов- ванных алгоритмов аналитической инфракрасными излучателями, мини- ный способ бесполезен. Кроме того, обработки информации в цифровом атюрными светодиодами и элемента- в некоторых случаях ИК-светодиоды, виде, сегодня, в 23-м году ХХI века, ми питания, – не панацея в игре за вмонтированные в очки или располо- при условии, что видеокамерой счи- скрытность. То же касается «светового женные вокруг лица (воротник, капю- тана картинка лица, оба рассмотрен- камуфляжа». Эффект для маскировки шон, шапка), не только не скрывают ных метода неэффективны. лиц и «обхода камер» предполагался лицо, но и подсвечивают его, обеспе- на основе того, что «ослепить» каме- чивая более чёткую картинку. Ибо Плащи, накидки, надвинутые на ру видеонаблюдения можно включён- для «засветки лица», чего добивает- голову капюшоны, в том числе сде- ными «вокруг лица» инфракрасными ся условный экспериментатор, необхо- ланные из материала, не пропуска- светодиодами (ИК-светодиоды). Экспе- димо смотреть прямо в объектив каме- ющего тепловое излучение, помо- риментаторы монтировали светодио- ры, а это нечасто случается. гут защититься от видеокамер. Так ды по периметру головы, капюшона, можно частично укрыться даже от и некоторых результатов удалось Одна из условных разновидно- инфракрасных камер, но столь плот- достигнуть, но только там и тогда, стей метода «засветки» видеокаме- но «укрытый» человек в обществен- когда применяли старые видеокаме- ры направленным точно на объектив ных местах привлекает к себе зна- ры, формирующие монохромное изо- лучом портативного электронного чительное внимание. Такой метод бражение. На «картинке» вместо лица квантового генератора – таково тех- хорош или при разовом использова- человека было «засвеченное пятно». нически точное название «лазерной нии, или в то время, когда все поль- указки» – и вовсе бесполезно. Све- зуются им. Ведь и раскрытый зонт Таким образом, результативность тить «лазерным лучом» надо прямо защищает от видеокамер, особенно метода зависит от того, какое обору- в камеру, но для этого нужно чётко в движущейся массе на улице (все с дование экспериментатор намерен попасть в объектив. Кроме того, совре- зонтами – «сплошное покрытие»), но «обойти». В современных видеока- менные видеокамеры, с учётом сказан- человек, скрывающийся под зонтом мерах, применяемых в системах без- ного выше и для защиты от простых в безоблачную погоду (кроме случаев опасности, предусмотрена функция методов влияния, оснащены системой защиты от солнечного удара), подо- HLC (High light compensation – ком- цветовых фильтров перед объективом, зрителен априори. К нему, возможно, пенсация яркой засветки). Техни- поэтому ни «лазерный луч», ни прину- подойдут сотрудники охраны право- чески и упрощённо происходит так: дительная ИК-подсветка вокруг лица порядка для уточнения данных. в автоматическом режиме «сканирова- объекта им не помеха. ния» рабочей зоны перед объективом Да, относительно надёжный спо- отслеживается точка яркой засветки Массивные очки с затемнёнными соб скрыть лицо – сочетание капюшо- и делается повторный кадр с игнори- стёклами и специально подобран- на и больших очков. Лыжная маска, рованием данных от ячеек матрицы в ным паттерном негативно воздей- обмотанный вокруг головы шарф том же месте. ствуют на нейросеть, распознающую или даже пакет с дырками для глаз лица. К примеру, в 2015 году выпу- защищают от популярных систем Если речь идёт о видеокамерах щены очки Privacy Visor с системой видеоаналитики. С той же эффек- условно старого образца 10-летней линз, отражающих, преломляющих и тивностью они привлекают внима- давности, шансы обмануть их есть. поглощающих свет. Такая технология ние других людей, особенно охран- В некритичных местах, обзоре при- не позволяет камере сфокусировать- ников и полиции. Очки Современные видеокамеры работа- ют не только в видимом человеческо- 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ся, «размывает» область вокруг глаз, Рис. 5. Изображение костюмов Гилли формируя электронное изображение намного ярче оригинала, по сути, пре- вращая его в «пятно засветки» в обла- сти лица – см. рис. 4. Были проведены эксперименты – их результаты есть в открытом доступе, – уточнившие выводы: система успеш- но анализирует в цифровом виде изо- бражение – определяет человека в солнцезащитных очках, но некоррек- тно   – с  ошибками идентифицирует обладателя «новой модели». Одна- ко за семь прошедших лет алгоритмы опознавания видеоизображений пре- одолели и этот «защитный» механизм любителей анонимности. Что в перспективе чении в костюм Гилли, то многое коричневой почвы будет отличаться зависит от характеристик теплови- от насыщенной июльской «зелёнки». Как известно, на каждое действие зора, массы спрятавшегося челове- Чтобы скрыться на местности с пре- найдётся противодействие. В наше ка, расстояния до него и, главное, обладанием соответствующего ланд- время, чтобы надёжно «спрятаться» его деятельности: при отсутствии шафта и красочных тонов, подбира- от систем видеонаблюдения, скры- физических движений и поиске в ют костюм Гилли под цветовой тон тия одного лишь лица недостаточно. «общем» поисковом режиме совре- времени года и местности. Назовём Приверженцы персональной конспи- менного тепловизора с расстояния его условно – маскировочный халат, рации работают над созданием специ- 1 км вы почти невидимы. что по назначению вполне подходит. альных съёмных элементов одежды с интегрированными экранирующи- Однако при использовании любого На рис. 5 представлено изображе- ми материалами и мембранами. На теплоизоляционного материала чело- ние костюмов Гилли. одежду нашивается специальный век, «играющий в прятки», сталкива- капюшон, маскирующий лицо и не ется с тем, что в местах соприкосно- В представленном «костюме», поми- пропускающий тепло. На картинке вения защитного костюма с телом мо основы из хлопка, прилегающей от «тепловых радаров» объект будет появляется пот – тепловой след. Мате- к телу человека или нижнему белью, похож на всадника без головы. риал так или иначе будет впитывать хорошо видна маскировочная мишу- от тела тепло и влагу, и тогда человек ра, закреплённая к основному мате- Можно ли остаться невидимым при имеет меньше шансов остаться неза- риалу. «Мишура» скрывает тепло, применении тепловизора? меченным тепловизором на нейтраль- излучаемое живым существом, от ном тепловом фоне. Отсюда важно «электронного глаза» тепловизо- Тепловизор, как электронное как качество тепловизора, так и каче- ра, реагирующего на тепловой фон устройство, преобразующее скани- ство максировочного костюма-халата, посредством сканирования отра- рованный температурный фон в а также время, проводимое в нём. жённых лучей инфракрасного спек- визуальную картинку на дисплее, тра. Так как с основой маскировоч- применяют в том числе охотники в Один из вариантов уйти от теплови- ного халата соприкасаются только составе индивидуального устройства зора – плащ-накидка из строительно- «внутренние» элементы «мишуры», наблюдения или как элемент инте- го материала – утеплителя с односто- «внешние» сохраняют условную ней- грированной электронной системы ронним фольгированным покрытием. тральность по температуре. Таким наблюдения. Отдельные виды спе- Эффект даёт и теплоизоляционная образом, «мишура» маскирует тепло- циализированных устройств могут пленка, которую используют спаса- вой фон человека, и чем она насы- видеть даже сквозь стены толщиной тели («космическая плёнка»). Плёнка щеннее и гуще, тем лучше качество 1-2 кирпича. Устройства могут рабо- скрывает «спрятавшегося» 1-2 мину- маскировки. Для создания эффекта тать в разных режимах – контроль ты, затем в тепловизор, сканирующий невидимки для тепловизора «лохмо- общего фона (слабый ИК-сигнал) и на расстоянии, становятся видны бес- тья» костюма должны быть «роскош- узконаправленный (мощный). Когда форменные пятна – тепловые следы ными», а не жидкой имитацией, как охотник сканирует участок природы от живого тела. в некоторых дешёвых вариантах про- в режиме поиска животного, исполь- изводства КНР. зуется общий режим. Когда объект Ещё один относительно доступ- уже определён, переходят в режим ный способ – костюм Гилли; на слен- Литература узконаправленного сканирования ге его называют костюм кикимо- для определения характеристик. Как ры или «леший». Но, как мы знаем, 1. Кашкаров А.П. Системы видеонаблю- разновидность поискового электрон- одна и та же местность в разное вре- ного устройства, тепловизоры эффек- мя года имеет своеобразные цветовые дения. Практикум. Ростов н/Д: Феникс, тивны для охотников на расстоянии характеристики – вид поздней осени в до 1 км на местности. Что касается средней полосе России с голыми вет- 2014. 123 с. защиты от обнаружения при обла- ками лиственного леса на фоне серо- 2. Кашкаров А.П. Видеокамеры и видеореги- страторы – для каждого дома и автомоби- ля. М.: ДМК Пресс, 2014. 118 с. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 31

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Адаптивные вычисления и искусственный интеллект для автономных транспортных средств. Часть 1 Билл Вонг, Питер Дженко, Джек Браун автомобили выходят за рамки базового Перевод: Александр Малыгин адаптивного круиз-контроля, удержа- ния полосы движения и автоматиче- Технологии, применяемые в создании беспилотных транспортных ского экстренного торможения, чтобы средств, продолжают развиваться. Несмотря на некоторые камни начать процесс выхода из зависимо- преткновения, автомобильные гиганты и лидеры бигтех-индустрии сти от водителя (хотя и очень незна- значительно продвигаются в достижении всё новых и новых степеней чительной). автономизации. Сегодня мы наблюдаем за появлением уникальных системных архитектур и программных инструментов Возможности объёмного восприятия, для поддержки этого ресурсоёмкого направления. обеспечиваемые зрением, основан- То, как искусственный интеллект наделяется контролем над всем ном на глубоком обучении, позволя- транспортным средством, взаимодействуя при этом с периферийными ют транспортным средствам справ- устройствами и обмениваясь данными с облачными хранилищами, ляться с ситуациями, когда полосы уже выведено на высочайший уровень. При этом границы между расходятся или сливаются, и безопас- разработкой аппаратного и программного обеспечения становятся но менять полосу движения. Системы всё тоньше. Эта статья содержит обзор ключевых достижений по на кристаллах (SoC) и FPGA, ориенти- внедрению современных технологий помощи водителю. В первой части рованные на ИИ, обрабатывают глу- рассмотрено, какие факторы поспособствовали ускорению прогресса бокие нейронные сети (DNN), а также в этой области. данные датчиков камер снаружи авто- мобиля и внутри. На пути к полной ством может показаться озадачиваю- автономности щей. Тем не менее промышленность Во внутреннем пространстве автомо- в целом и инженеры-конструкторы во биля быстро развиваются такие функ- Для случайного наблюдателя, не зна- всём мире действительно заняты тем, ции, как мониторинг пассажиров и комого с нюансами и сложностью ИИ чтобы довести технологию до конца. визуализация салона. Фактически авто- и автомобильных технологий, «суме- В последние годы автомобильная мобили с интеллектуальной системой речная зона» между сегодняшней реа- индустрия начала выходить за рамки помощи из кабины и расширенной лизацией технологии ADAS (интеллек- решений ADAS первого поколения и визуализацией окружающей среды уже туальная система помощи водителю) переходит к тому, что обычно называ- превосходят сегодняшние предложения уровня 2 SAE и завтрашним полно- ют L2+ или условной автономией. Эти L2 ADAS по производительности, функ- стью автономным транспортным сред- циональности и безопасности дорожно- го движения (рис. 1). Это всё ещё далеко Передняя камера Полноэкранное зеркало от самых высоких уровней автономно- сти SAE J3016 (табл. 1), но представляет Лидар Камера наблюдения в кабине собой значительный скачок в возмож- ностях по сравнению с тем, что было Камера кругового Контроллер домена несколькими годами ранее. обзора Помимо наделения салона возмож- Задний Шлюз ностями искусственного интеллекта, Боковая сторона Ускорение вычислений алгоритмы на основе глубокого обуче- Агрегация, предварительная ния используют обработку изображе- обработка и распространение ний для выполнения сложных функ- данных (DAPD) ций в городских условиях и суровых погодных условиях. Набор передовых Радар технологий DNN позволяет автомоби- лю воспринимать широкий спектр объ- Передний ектов и дорожных ситуаций. Рис. 1. Схема интеграции ADAS с датчиками и процессорами, обеспечивающими Все эти и другие интеллектуальные условную автономию (L2+) в автомобиле возможности, конечно же, основаны на различных алгоритмах, которые представлены во всех формах и разме- 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Таблица 1. Сводка уровней автономии автомобиля по SAE Таблица 2. Наиболее распространённые категории алгоритмов, используемых в автомобильных приложениях Уровень 0: Система не контролирует транспортное средство, Без но может выдавать предупреждения АЛГОРИТМЫ В ADAS И БЕСПИЛОТНЫХ СИСТЕМАХ РЕГРЕССИИ автономизации РЕГРЕССИЯ Уровень 1: Водитель должен быть готов взять на себя ОСНОВНЫЕ ТИПЫ: байесовский подход, нейронная сеть и лес Помощь управление в любой момент. Автоматизированная решений. водителю система может включать в себя такие функции, как • Используется для прогнозирования событий на основе повторения адаптивный круиз-контроль (ACC), помощь при в среде. парковке с автоматическим рулевым управлением • Формирует статистическую модель связи между изображением и и помощь в удержании полосы движения положением конкретного объекта на нём. (LKA) Type II в любой комбинации • Анализ зависит от количества независимых переменных, типа Level 2: Водитель обязан обнаруживать объекты и зависимых переменных и формы линии регрессии Частичная события и реагировать, если автоматизированная автономизация РАСПОЗНАВАНИЕ ОБРАЗОВ система не реагирует должным образом. Автоматизированная система выполняет ОСНОВНЫЕ ТИПЫ: поддержка векторных машин с гистограммой ускорение, торможение и рулевое управление ориентированных градиентов (HOG), анализом главных компонентов и может отключаться сразу же после того, как (PCA), байесовским правилом принятия решений и K-ближайшим водитель берёт на себя управление соседом (KNN). Level 3: В известных ограниченных средах (например, на • Используется для сокращения и классификации данных. Условная автострадах) водитель может безопасно отвлечь • Данные датчика фильтруются путём обнаружения краёв объекта. автономизация • Сегменты линий и дуги применяются для размещения всех краёв внимание от задач вождения, но должен быть готов реагировать, если будет предупреждён о объекта. • Сегменты и дуги рекомбинируются до тех пор, пока признаки не вмешательстве будут соответствовать известному объекту Level 4: Автоматизированная система может управлять Высокая транспортным средством во всех условиях, кроме КЛАСТЕРИЗАЦИЯ автономизация нескольких, таких как суровая погода. Водитель должен включать автоматизированную систему ОСНОВНЫЕ ТИПЫ: K-средние и многоклассовые нейронные сети • Используется для прогнозирования событий на основе повторения только тогда, когда это безопасно. Когда она активирована, внимание водителя не требуется в среде. • Формирует статистическую модель связи между изображением и Level 5: Помимо установки пункта назначения и запуска Полная системы, никакого вмешательства человека не положением конкретного объекта на нём. автономизация требуется. Автоматическая система может проехать • Анализ зависит от количества независимых переменных, типа в любое место, где разрешено движение зависимых переменных и формы линии регрессии МАТРИЦА РЕШЕНИЙ ОСНОВНЫЕ ТИПЫ: Gradient Boosting (GDM) и AdaBoosting • Определяет действия автомобиля, т.е. повернуть направо, повернуть налево, затормозить и ускориться. • Анализирует и оценивает эффективность взаимосвязей между наборами данных и их информацией. • Действие зависит от классификации, распознавания и предсказания необходимого следующего движения. • Прогнозы нескольких моделей решений синтезируются для создания окончательного прогноза состояния и минимизации ошибки рах в приложениях ADAS. Непрерыв- шинство систем L2 ADAS обеспечива- данные с гораздо большей скоростью и ный рендеринг, классификация и про- ют непоследовательное обнаружение эффективностью обработки, чем боль- гнозирование изменений во всём, что транспортных средств и ограниченную шинство современных готовых чипов окружает автомобиль, требуют алго- способность оставаться в полосе дви- искусственного интеллекта. ритмов для выполнения основных жения на извилистых или холмистых задач регрессионного анализа, распоз- дорогах. Даже адаптивные системы По сути, это создало возрастающую навания образов, кластерного анализа круиз-контроля не полностью оправ- проблему, требующую более быстрых и и принятия решений (табл. 2). дали ожидания потребителей. Огра- эффективных архитектур для обработ- ничения более ранних конструкций ки показаний не одного, а многих типов Процессоры автомобильного уров- ADAS приводили к частым отключе- датчиков. Рассмотрим в качестве при- ня для высокоавтоматизированных ниям системы, требующим от води- мера подсистему обнаружения объек- транспортных средств должны запу- теля резкого взятия на себя управле- тов, состоящую только из камер, которая скать различные алгоритмы нейрон- ния. В современных конструкциях всё должна выполнять до шести различных ных сетей на нескольких вычислитель- чаще используются радары и LiDAR алгоритмов. Затем появляются четыре ных машинах. Эти процессоры также (хотя они всё ещё находятся в зачаточ- различных алгоритма для перехода от должны поддерживать быстро меня- ном состоянии), оба из которых гене- 2D-изображения к 3D-изображению. ющиеся алгоритмы ИИ и обеспечи- рируют огромные объёмы данных, Добавьте к этому 12 камер, создающих вать гибкость конвейеров данных для что ещё больше увеличивает требова- полный 360-градусный полусфериче- уменьшения задержки ИИ. ния к обработке сенсорных модулей. ский обзор автомобиля и его окружения, Неизбежно, что высокоинтегрирован- и вы легко увидите проблемы, стоящие Устранение препятствий ные чипы будут играть важную роль перед отраслью, в одной лишь обработ- в обработке данных в обработке сложных сенсорных дан- ке данных. ных, поступающих от различных дат- Важно отметить, что самые ранние чиков, таких как датчики изображения, От путаницы к слиянию разработки ADAS имели дискретную радары, лидары, ультразвуковые и дру- архитектуру со скромной вычисли- гие. Они должны обрабатывать все эти Хотя ADAS и полноценные беспилот- тельной мощностью и ограниченным ные проекты завтрашнего дня имеют набором датчиков. В результате боль- параллели, у них, как правило, разные СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 33

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Передняя камера Контроллер домена Камеры кругового обзора Платформа приложения 2 МП Платформа приложения Платформа приложения Программная среда Программная среда Программная среда Блок управления безопасностью Радар Лидар Платформа приложения Последовательный Платформа приложения Программная среда процессор Программная среда АЦП АЦП Рис. 2. Возможность агрегации, предварительной обработки и распределения данных (DAPD) улучшает обработку ИИ за счёт объединения данных датчиков и подготовки их к обработке модулями производительности пути разработки и группы разработчи- Устройство XA 7EV содержит блок ют ядра графического процессора и ков, занятых проектированием необхо- видеокодека для кодирования и деко- предлагают колоссальные показате- димых наборов датчиков, процессора- дирования H.264/H.265, а устрой- ли терафлопс. Эти графические про- ми и проектными архитектурами. ство XA 11EG – 32 приёмопередат- цессоры интегрированы с большими чика 12,5 Гбит/с и четыре блока PCIe моделями ИИ для большей произво- Возьмём случай нескольких сенсор- Gen3x16 (рис. 3). Благодаря этим высо- дительности, меньшей задержки и ных модальностей – интеллектуально- коинтегрированным чипам автомо- более высокого разрешения. Кроме го зрения, радара и лидара – и слия- бильные разработчики начали всерьёз того, существуют тесно интегриро- ния датчиков, что позволит совершить рассматривать возможность контроли- ванные специализированные микро- гигантский скачок от помощи вожде- руемого самостоятельно передвиже- схемы ASIC для обработки всех дан- ния Уровня 2 к высокоавтоматизиро- ния транспортного средства на шоссе ных с датчиков транспортных средств ванному Уровню 4. Настоящие беспи- от въезда до съезда с него. и удовлетворения уникальных требо- лотные проекты подобным образом ваний к обработке. На нижнем уровне могут иметь 30 (и, вероятно, больше) Помимо обеспечения простого дви- есть чипы ИИ, которые запускают кро- датчиков во всех модальностях для вос- жения, появились и такие заметные шечные модели машинного обучения, приятия окружающей среды. Более возможности, как смена полосы дви- но они часто содержат компромиссы в глубокое погружение в функции обра- жения, разделение полосы движения отношении точности. ботки и архитектуры, необходимые для и планирование пути. Здесь задача по-настоящему автономных транспорт- алгоритмов ИИ состоит в том, что- Где-то между ними находятся FPGA, ных средств, даёт представление о том, бы помочь транспортным средствам которые выполняют вывод без пакет- чем сейчас заняты разработчики: агре- понять, где находятся другие транс- ной обработки, чтобы обеспечить низ- гированием данных, их предваритель- портные средства, прочитать разметку кую детерминированную задержку и ной обработкой и способами эффек- полосы движения, обнаружить пешехо- более высокую пропускную способ- тивного обмена ими (DAPD), а также дов и велосипедистов, различать типы ность. С другой стороны, мощные гра- ускорением вычислений (рис. 2). световых индикаторов и их цвета, рас- фические процессоры, выполняющие познавать дорожные знаки и понимать выводы на основе глубокого обучения, Показательным примером являют- сложные сцены. требуют, чтобы пакеты параллельных ся чипы XA Zynq UltraScale+ MPSoC данных массово проходили через мно- 7EV и 11EG от Xilinx. Эти 16-нм чипы, GPU, SoC и FPGA жественные данные с одной инструк- сертифицированные ASIL-C, предна- цией (SIMD) для выполнения больше- значены для приложений L2+ ADAS и В мире технологий автоматизиро- го количества вычислений и меньшего L4 AV, объединяют программируемую ванного вождения отчётливо прояв- количества выборок. Это, однако, дела- логику, а также 64-битный чётырехъ- ляются две современные тенденции ет регистровые файлы большими. Кро- ядерный процессор Arm Cortex-A53 и проектирования. Прежде всего, это ме того, в отличие от ASIC, которые двухъядерную систему обработки на рост вычислительной мощности для укреплены в наборе инструкций, FPGA базе Arm Cortex-R5. 504 000 логических поддержки более сложных алгоритмов позволяют разработчикам применять ячеек и 1728 сегментов DSP в 7EV и ИИ. Неудивительно, что современные проприетарные наборы инструкций на более 650 000 логических ячеек и 2928 разработчики автомобильных систем платформе с эффективными вычисле- сегментов DSP в 11 EV поднимают про- полагаются на высокоинтегрирован- ниями и даже позволяют инженерам граммируемость на новый уровень в ные микросхемы для управления слож- настраивать их так, чтобы пробовать области автомобильных приложений. ными программными приложениями, новые вещи. Другие автомобильные устройства в обработки данных в реальном времени портфеле XA (2EG, 3EG, 4EV и 5EV) и обеспечения функциональной безо- Также стоит упомянуть, что ПЛИС, предлагают полный набор опций, отве- пасности. как и графические процессоры, исполь- чающих любым потребностям совре- зовались для ускорения ИИ в средах менных автомобильных приложений. На более высоком уровне есть мощ- центров обработки данных. Таким ные SoC и MPSoC, которые включа- 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Система обработки Память Графический процессор Высокоскоростное Блок обработки заявок подключение Блок с плавающей Геометрический Пиксельный точкой процессор процессор Блок Встроенная Блок управления памятью управления трассировка памятью Macrocell Блок управления Блок конфигурации Общие возможности платформой и безопасности подключения Управление Настройка Системные функции системой дешифрования Многоканальный Управление AES, прямой доступ питанием аутентификация, к памяти Функциональная безопасная Таймеры, безопасность загрузка WDT, сбросы, синхронизация Монитор напряжения/ температуры и отладка Доверенная зона Программируемая логика Системный монитор Высокоскоростное подключение Хранение и обработка сигналов Универсальный ввод/вывод Блок ОЗУ Высокопроизводительный HP I/0 HD I/0 высокой плотности Видеокодек Рис. 3. Платформа XA Zynq UltraScale+ MPSoC 7EV предлагает различные механизмы обработки для поддержки таких функций, как объединение датчиков, ускорение вычислений ИИ и функциональная безопасность образом, для проектов L2+ ADAS и рудования с открытой программной ной промышленности, очевидно, что AV, их DSP и параллельные архитек- архитектурой просто потому, что тра- внедрение технологий ради техноло- туры делают FPGA хорошо подходящи- диционные модели вычислений с гий не приведёт к мгновенному соз- ми для ускорения нейронных сетей. фиксированной комбинацией обо- данию полностью автономного транс- рудования и программного обеспе- портного средства. Тем не менее более Применение нейронных процессо- чения подходят к концу своего суще- пристальный взгляд на путь разви- ров будет иметь решающее значение в ствования. Таким образом, в то время тия этого направления показывает, повышении качества изображения для как SoC встраивают в чип алгорит- что автомобильная промышленность систем, особенно в условиях низкой мы ИИ для таких задач, как обработ- в целом чётко взяла курс на создание освещённости. Здесь ПЛИС с поддерж- ка изображений, FPGA позволяют и внедрение беспилотных решений. кой ИИ могут выполнять множество OEM-производителям автомобилей и сложных задач по захвату и обработ- поставщикам высшего уровня обнов- На системном уровне также стано- ке видео без замены аппаратного обе- лять и настраивать требования к обра- вится очевидным, что процессоры спечения камеры. ботке для новых алгоритмов ИИ. общего назначения, графические про- цессоры, готовые микросхемы искус- Возьмём, к примеру, готовую к про- Решения для камер на основе FPGA ственного интеллекта и тому подобное – изводству функцию автоматизирован- являются тому примером: они позво- это не то, что нужно в высокоспеци- ной парковки Baidu (AVP), которая ляют разработчикам добавлять новые ализированном мире беспилотных является частью бортовой вычисли- алгоритмы искусственного интеллекта проектов. Некоторые производители тельной платформы компании для спустя месяцы и годы после установ- микросхем уже предоставляют специ- автономного вождения. Система AVP, ки камеры в транспортном средстве. ализированные решения для ADAS и входящая в состав вычислительно- Это показывает, как открытая платфор- беспилотных проектов с полным сте- го блока Baidu Apollo Computing Unit ма может облегчить индивидуальную ком аппаратного и программного обе- (ACU), использует Xilinx XA Zynq интеграцию новых программных алго- спечения, а также комплектами для UltraScale+ MPSoC для объединения ритмов с течением времени, что явля- разработки программного обеспечения. датчиков и обработки ИИ для пяти ется разумным способом обеспечения камер и 12 ультразвуковых радаров. будущего этих решений. Хотя вышеназванные и другие Baidu утверждает, что её проект Apollo – недавние достижения в области про- первая в мире открытая платформа для Переломный момент ектирования автономных транспорт- беспилотного транспорта. ных средств можно рассматривать Учитывая крайне ориентированный как побочные, они тем не менее зна- Вторая заметная тенденция связа- на потребителя характер автомобиль- чительны. На самом деле, возможно, на с объединением модульного обо- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 35

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ мы находимся в переломном момен- обновляться через облако. Данные но новой категории центров обработ- те, который мы снова и снова наблю- также будут передаваться для универ- ки данных для беспилотных транспорт- дали в других технологических обла- сального использования всей инфра- ных средств и V2X в целом. стях: не сегодня так завтра ситуация структурой транспортного средства ко в отрасли может резко и существен- всему (V2X), в то время как другие дан- Обработка данных и сетевые потреб- но измениться. ные будут совместно использоваться ности автомобиля, оснащённого ADAS, непосредственно между транспорт- огромны и уникальны, и требуют Центры обработки данных ными средствами в пределах досягае- доступа к данным с малой задерж- мости с использованием связи между кой и широкой полосой пропускания В то время как современные авто- транспортным средством и транспорт- для минимизации времени передачи мобили по-прежнему требуют, чтобы ным средством (V2V). данных даже с тоннами бортовой или водитель контролировал подавляю- «периферийной» обработки. AV потре- щее большинство процессов вожде- Было подсчитано, что в течение обыч- буется чрезвычайно быстрый доступ ния, усовершенствованные системы ного дня вождения по городу будет соби- к данным для параллельных потоков помощи водителю (ADAS) с каждым раться до 4 Тбайт данных, а для робо- видео, радара 4D-изображения, лидара, новым модельным рядом расширяют тов-такси – в три раза больше, поскольку ультразвука и обработки слияния дат- свои возможности. Пройдёт некото- они работают непрерывно. Надлежа- чиков. В бортовой компьютерной систе- рое время, прежде чем большинство щее управление данными имеет важ- ме автомобиля данные будут исполь- автомобилей на дорогах будут пред- ное значение для создания безопасной зоваться в сочетании с алгоритмами ставлять собой автономные транспорт- дорожной сети, управляемой ADAS, искусственного интеллекта и машин- ные средства (AV) SAE уровня 5. Одна- что потребует новой категории центров ного обучения для принятия решений ко технологии, необходимые для этого, обработки данных, предназначенных за доли секунды ю возможно, быстрее быстро развиваются. Искусственный для надёжной обработки и передачи и с большей точностью, чем водитель- интеллект (ИИ) и машинное обучение огромных объёмов потоковых данных. человек, чтобы обеспечить правильный (МО) уже направляют транспортные Большая часть обработки, необходи- и безопасный отклик системы. средства по их маршрутам на автомо- мой для выполнения наиболее важных бильных испытательных полигонах, ответов системы в реальном времени, Скорость обработки данных может действуя в опасных условиях с возрас- будет выполняться непосредствен- быть не столь критична для резервно- тающей точностью и сохраняя «воспо- но в центральных модулях обработки го копирования данных и обновления минания» для извлечения уроков из транспортного средства, но огромные программного обеспечения, но потре- каждой поездки. Но со всем волнени- массивы данных по-прежнему будут буется доступ к нескольким протоко- ем, которое крутится вокруг бортовых передаваться за пределы транспортно- лам (таким как NFS, SMB, FTP и HTTP). беспилотных технологий, вы должны го средства. Но куда? В последние годы Из-за больших объёмов обрабатывае- задаться вопросом… что всё это значит различные коммуникационные гиганты мых и хранимых данных соединения для центров обработки данных? объединились с автопроизводителями, центра обработки данных (DCI) долж- чтобы ответить на этот вопрос. На дан- ны быть более надёжными, чем обыч- Цифровая пробка ный момент идея состоит в том, чтобы но требуется для приложений «обще- переосмыслить текущую сетевую топо- го назначения». Объём данных, генерируемых логию развёртывания центров обработ- несколькими камерами, радарами, ки данных в глобальном масштабе, что- Беспилотники также должны адап- модулями системы LiDAR, системами бы лучше поддерживать IoT в целом и, тироваться к постоянно меняющимся мониторинга в салоне, GPS и другими в частности, подключённые автомо- условиям. С помощью ИИ они будут типами датчиков, может быть огром- били, поскольку они будут одними из преобразовывать данные датчиков в ным даже для самой лучшей элек- крупнейших генераторов данных. данные управления транспортным тронной системы автомобиля. Объём средством, но им также потребуется данных, генерируемых сегодняшни- Переосмысление дата- информация об окружающей среде. ми тестовыми автомобилями ADAS, центров Это неотъемлемая часть всего переос- исчисляется триллионами байтов в мысления топологии центра обработки день. Несмотря на то что обработка на Современные центры обработки дан- данных. Адекватное покрытие может борту является одним из самых боль- ных изначально разрабатывались для быть частично обеспечено за счёт более ших препятствий, которые необходимо удовлетворения потребностей потре- гибких вычислительных центров AV и преодолеть, центрам обработки данных бителей и предприятий. Поддержка IoT, а не крупных традиционных цен- также предстоит тяжёлая работа, что- миллионов 2-тонных колесных IoT- тров обработки данных. Эти неболь- бы подготовиться к тому, что грядёт. устройств не входила в планы. Конеч- шие, сильно распределённые центры но, они могут обеспечить доступ к обла- обработки данных могут эффективно Транспортные средства ADAS часто ку и Интернету, но не в соответствии с справляться с влиянием расстояния называют центрами обработки дан- требованиями к передаче данных, кото- до центра обработки данных, приво- ных на колёсах с множеством различ- рые прогнозируются для транспортных дящим обычно к задержкам, в допол- ных сенсорных подсистем. Данные, средств, оснащённых ADAS, и буду- нение к снижению вычислительной собранные транспортными средства- щих AV. Добавьте ожидаемый взрыв нагрузки на все узлы. С точки зрения ми ADAS, будут передаваться дру- специализированных AV, доставляю- форм-фактора традиционные громозд- гим транспортным средствам ADAS щих всё, от посылок до пиццы, и станет кие конструкции (вспомните большие посредством облачной сетевой сре- ясно, насколько велика потребность. По металлические ящики на крышах, вдоль ды. Огромные объёмы данных будут сути, это означает создание совершен- межштатных автомагистралей и тому собираться для анализа и регулярно подобное) не будут играть большой 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ роли в этих распределённых центрах приложений с мощными предметно- Рис. 4. Ускорители Xilinx Alveo Data обработки данных, если вообще будут. ориентированными библиотеками. Center представляют собой компактные сетевые адаптеры SmartNIC, которые Стандарт ANSI/TIA-942, созданный В отличие от вычислительных машин ускоряют динамические рабочие в 2005 году Американским националь- с фиксированными функциями, модуль- нагрузки, адаптируясь к постоянной ным институтом стандартов (ANSI) и ные ускорители легко адаптируются к оптимизации алгоритмов быстрее, Ассоциацией телекоммуникационных меняющимся условиям эксплуатации чем акселераторы с фиксированными компаний (TIA), содержит рекоменда- и требованиям, как это обычно бывает функциями ции по размещению, архитектуре, без- с транспортными средствами ADAS. опасности и телекоммуникационным Они позволяют операторам центров U250 имеет внутреннюю пропуск- требованиям новых центров обработ- обработки данных вносить программ- ную способность SRAM 38 Тбайт/с с ки данных. Центры обработки данных, ные и операционные изменения, невоз- 1 341 000 LUT для большого количества поддерживающие транспортные сред- можные для других механизмов обра- оцифрованных изображений камеры. ства завтрашнего дня, будут предъяв- ботки интегральных схем (ИС), включая лять повышенные требования по мно- ASIC и даже графические процессоры. Для разработчиков центров обработ- гим из тех же параметров. Они должны ки данных, которым нужны высокоско- поддерживать архитектуры высокой Ускорители Alveo основаны на 16-нм ростные решения под ресурсоёмкие плотности, обеспечивающие повыше- кремниевой ИС Zynq UltraScale+ компа- приложения, Alveo U280 предлагает 8 ние скорости обработки и производи- нии Xilinx. Alveo U25, Alveo U50, Alveo Гбайт памяти HBM2 с пропускной спо- тельности, снижение нагрева и низкие U200, Alveo U250 и Alveo U280 представ- собностью 460 Гбайт/с, ёмкость 32 Гбайт требования к свободному пространству. ляют собой интегрированные програм- с пропускной способностью 38 Гбайт/с мируемые ПЛИС, совместимые со всеми и два PCIe Gen4 x8 интерфейса для рас- Ускорение динамических стандартами Ethernet и сертифициро- ширенных межсерверных соединений. рабочих нагрузок ванные в соответствии с требованиями к оборудованию FCC, UL, CE и RoHS. Готовимся к очередному Независимо от того, насколько измени- Поставляемые с инструментом разра- скачку лась топология мировых центров обра- ботки приложений, ускорители обеспе- ботки данных, сегодняшние группы чивают прямой доступ к облаку, чтобы По мере развития беспилотных техно- центров обработки данных уже борются упростить разработку новых алгоритмов логий и перехода к более высоким уров- с растущей нагрузкой и потребностью ADAS, значительно увеличить пропуск- ням автономного вождения по стандар- в большей скорости из-за систем IoT и ную способность машинного обучения в ту SAE всё больше центров обработки ADAS, которые уже передают данные реальном времени и ускорить обработ- данных будет проектироваться для удов- в облако. ку данных камер автомобиля. летворения самых разных потребностей. Будучи разработанными для поддерж- Линейка ускорителей Xilinx Alveo – Большой портфель решений Alveo ки достижений в области машинного одно из известных решений для ускоре- также отвечает растущим потребно- обучения, автономных транспортных ния центров обработки данных (рис. 4). стям в ускорении в современных цен- средств и Интернета вещей в целом, Являясь первым в отрасли комплекс- трах обработки данных. Например, Alveo они будут обладать ёмкостью хранения ным сетевым адаптером SmartNIC, U25 повышает скорость работы облач- и вычислительной мощностью, превос- предлагающим совмещение функций ных приложений благодаря возмож- ходящими сегодняшние требования. сети, хранения и ускорения вычис- ностям обхода ядра с малой задерж- лений на единой платформе, Alveo кой. Данные высоко синхронизируются Большая часть этой мощности и про- удовлетворяет постоянно меняющи- с помощью встроенного тактового гене- пускной способности будет сосредоточена еся потребности масштабирования ратора Stratum 3. Alveo U25 оснащён в вычислительных ресурсах сети, развёр- облачных центров обработки данных 6 Гбайт оперативной памяти DDR4 и нутой повсюду, от густонаселённых райо- для поддержки интенсивных рабочих имеет размеры всего 6,60 × 2,54 дюйма нов до окраин, для получения и обработки нагрузок, создаваемых беспилотника- (167,65 × 64,4 мм). Когда скорость сети данных от миллионов подключённых авто- ми, таких как предварительное ускоре- важна, но энергопотребление вызывает мобилей. Это – в сочетании с полным набо- ние и разгрузка вычислений ядра ЦП. беспокойство, Alveo U50, совместимый с ром интеллектуальных сенсорных систем и Эти модульные ускорители уже исполь- PCIe Gen4 и оснащённый сетевым интер- сквозным адаптивным ускорением вычис- зуются в качестве вычислительных фейсом 100-GbE с 8 Гбайт памяти HBM2, лений – может заставить нас перейти к бес- механизмов обработки данных в тра- пропускной способностью 316 Гбит/с пилотному будущему раньше, чем мы ожи- диционных центрах обработки данных, HBM2 и 872 000 таблиц поиска (LUT), дали. обеспечивая значительное увеличение может потреблять не более 75 Вт. скорости обработки данных по сравне- нию с традиционными ЦП, особенно Когда требуется больше внутренней для машинного обучения, транскоди- памяти, подойдут Alveo U200 и U250, рования видео, поиска в базе данных и которые могут похвастаться пропуск- аналитических функций. Унифициро- ной способностью памяти в 77 Гбайт/с ванная программная платформа Xilinx и ёмкостью 64 Гбайт для обработки боль- Vitis также упрощает сквозное ускоре- ших объёмов данных, генерируемых ние динамических рабочих нагрузок камерами автомобиля ADAS, LiDAR и благодаря интегрированной среде раз- радарными системами. Alveo U200 име- работки для программирования, про- ет пропускную способность внутренней филирования и отладки ускоренных памяти SRAM 31 Тбайт/с с 892 000 LUT, в то время как плата-ускоритель Alveo СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 37

CОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Тензометрические датчики в системах контроля и безопасности Антти Эс Несмотря на то что вызовы времени и конъюнктура политической [1], [2], [4]–[6]. Вместе с тем нам удалось ситуации заставляет особое внимание уделять импортозамещению, получить экспертное мнение бренд- поставки импортных комплектующих, в том числе весоизмерительных менеджера технического отдела компа- датчиков и электронных интеррогаторов для отечественных нии «Прософт» Александра Константи- разработок, продолжаются. В статье раскрываются особенности нова о метрологических сертификатax и перспективы датчиков балочного типа, сжатия и растяжения фирмы на продукцию. Эксперт, имеющий опыт Scaime для контроля параметров в условиях деформации работы по профессиональной позиции в и перемещения веса, что актуально во многих областях производства компании с 2008 года, засвидетельство- и в быту. вал, что линейка оборудования Scaime периодически обновляется, а каче- Непотопляемые менту (типу) датчиков на российских ство продукции остаётся на неизмен- производители просторах конкурируют 63 компании. но высоком уровне, так что о падении и особенности Среди них заметно выделяется Scaime качественных свойств продукции ввиду импортозамещения по положительным отзывам, но также и «старых» метрологических сертифика- по относительно малому предложению тов речи не идет. Наоборот, развивают- Изделия французско-китайской фир- ассортимента. Из всего пула компаний ся такие перспективные направления, мы Scaime обеспечивают качество про- представлены порядка 10 российских как электронные контроллеры весовых изводства, технологии и эксплуата- производителей (или с отечественным датчиков в части улучшения функцио- ционные характеристики датчиков и участием), остальные – конкуренты. нала и оптимизации взвешивания упа- контроллеров на уровне HBM и CAS. В этой ситуации продвижение конку- ковки, определения положения тары, Это высокий конкурентный уровень. рентной продукции на рынке является изменения её ёмкости – наполняемо- Компания численностью в сотню чело- важным экономическим и профессио- сти, а также ведутся работы по разра- век, входящая в топ крупных холдингов, нальным фактором. Отдельно уточним, ботке и усовершенствованию модельно- работает на отечественном рынке давно что единственным «минусом», впрочем, го ряда тензодатчиков для определения и успешно. Подробнее об этом можно связанным с санкционной политикой, растяжения и сжатия. А. Константинов, прочитать в статье [8]. В производствен- можно считать то, что после 2017 года не профессиональные статьи которого так- ной линейке продукции Scaime у разра- обновлялись свидетельства об утвержде- же есть в редакционном портфеле и на ботчиков РЭА особый интерес вызыва- нии типа средств измерений – метроло- портале СТА, кроме прочего, в интер- ют электронные датчики растяжения, гический сертификат Росстандарта. Это вью заметил: «В целом, поставки обо- сжатия и балочного типа, о них и будем видно в документации, представленной рудования компании SCAIME сохра- говорить далее. К слову, в поле реали- в каталогах и на сайте производителя няются, но сертификаты средства зации продукции только по этому сег- измерения на весовые датчики компа- нии Scaime нами не обновлялись. Среда Рис. 1. Датчик растяжения Scaime в комбайне Ростсельмаш ДОН 1500Б на рынке реализации продукции очень конкурентная. Многие заказчики рабо- тают с отечественными производите- лями (к примеру, Тензо-М), но и тензо- метрический мост – не самое сложное оборудование с точки зрения производ- ства. Изделия фирмы Scaime нередко можно встретить в производствен- ных линиях для пищевых производств, оборудования из Европы, которое до сих пор является основным в России. Также Scaime серийно поставляется в сельско- хозяйственной технике CLAAS». Минувшей осенью один датчик рас- тяжения Scaime обнаружен в приводе системы забора сельскохозяйственных культур комбайна Ростсельмаш ДОН 1500Б 2006 года выпуска, представлен- ном на рис. 1. Надо заметить, что оборудование из Европы в прежние годы переме- 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

CОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ щалось в Россию модулями и блока- Рис. 2. Опыт автора и «дробина» образца 2005 г. ми, с монтажом на местax под контро- лем специалистов и представителей с повышенной влажностью и нетипич- статической нагрузкой, когда горизон- фирм-поставщиков. Это и «плюс», и ным составом воздуха, а контроллер тальные силы, передаваемые на тензо- «минус» для современной ситуации. модификации D ещё совершенней. датчики, невелики, то в условиях дина- С одной стороны, зарубежные постав- мической нагрузки (например, сброса щики значительно сократили постав- Нетипичный состав воздуха чело- в контейнер нескольких тонн отрабо- ки запчастей в Россию, а с другой сто- век может почувствовать собствен- танного сырья) конвейеров или резерву- роны, они не намерены полностью ным обонянием, однако возможно- аров, оснащённых мощными мешалка- отказаться от поставок ввиду выгоды сти электронных устройств в этом деле ми, на тензодатчики могут передаваться щекотливого свойства: гораздо лучше значительно больше и шире, имен- горизонтальные силы: поэтому реко- держать контрагента «на привязи», но поэтому их и называют «устрой- мендуется использовать удержива- в зависимости, чем полностью лишить- ства-помощники». Они способны ющие устройства. К примеру, обору- ся рынка сбыта оборудования и дать определять, анализировать и струк- дованием, к которому необходимы возможность развития собственно- турировать в цифровом виде не толь- удерживающие устройства, являются го производства. С третьей стороны – ко состав солёной воды или воздуха, смесители высокой мощности, диспер- они намерены и далее торговать с нами но и иные запахи. Подобные датчи- гирующие, эмульгирующие или гомоге- технологиями, которых (условно сопо- ки давно применяют в анализаторах низирующие жидкости, пасты, порош- ставимых по качеству) своих в России спектра алкогольных паров (бытовой ки или твёрдые вещества. Смесители пока, за небольшим исключением, нет. вариант – алкотестеры) и в других большой ёмкости работают на высокой Эти обстоятельства, с одной стороны, случаях, однако особая и не описан- скорости, создавая сильные вибрации способствуют развитию импортозаме- ная ранее сфера приложения идей – и колебания. Поэтому для их устойчи- щения в России, а с другой – кое-как по опыту автора – в определении запа- вости рекомендуются ограничивающие поддерживают работу импортных про- хов в пивоваренном производстве, где стабилизирующие устройства. Это же изводственных линий в стране. При в качестве сырья используется солод, касается защитных мер для купирова- этом надо отметить, что во всех сферах а продукты его «распада» и отработки ния ударной (не вибрационной), а так- подавляющее большинство производ- именуют как «жмых», или, на профес- же ветровой и сейсмической нагрузки. ственных линий является импортным. сиональном жаргоне, «дробина». Дро- На пивоваренном производстве, чему бина, как отходы производства, явля- мы были свидетелями, установлены Компания также разрабатывает и про- ется востребованным удобрением для ёмкости большого объёма, в которые изводит электронные датчики для при- агропромышленного комплекса, а так- производится массовый сброс отрабо- кладного медицинского применения: же применяется в охотничьих хозяй- танного сырья, при этом предъявляются датчики силы для инъекционных или ствах – для биотехнии и прикормки требования к устойчивости и надёжно- питательных насосов, датчики силы для диких животных (это лакомство для сти конструкции. Поскольку стабили- диализного оборудования, датчики силы кабанов и медведей используют охот- зирующее устройство является услови- для маммографических аппаратов, весо- ники в засадах). На рис. 2 представ- ем нормальной работы системы, оно измерительные ячейки для медицин- лен вид «дробины» с «удивительным» обычно состоит из тяги, допускающей ских диагностических систем, датчики запахом, который может привлечь всех вертикальное перемещение и предот- нагрузки для инкубаторов и больнич- кабанов мира. вращающей любое горизонтальное ных коек или систем для перемещения перемещение. На рис. 3 представлен пациентов. Особенно интересна разра- Пояснение в этой части приведе- схематичный вид резервуара с иллю- ботка шприцевого насоса с контролем но неслучайно. Если удерживающие страцией сил внешнего воздействия. параметров введения препаратов паци- устройства и конструкции почти не ентам, представленная в [8]. применяют в сосудах или бункерах со Особые среды и аспекты защиты оборудования Во многих сферах производствен- ной деятельности, не исключая Агро- пром, аккумулирование и сбор дан- ных в электронном цифровом формате организован по оптическому каналу с использованием устройств модельно- го ряда MDX от Scaime. В технологии оптоволоконных измерений, в анти- вандальном корпусе из нержавею- щей стали с классом защиты IP66 – это условно новое слово электронной тех- ники. К примеру, модули MDX400T в герметичном корпусе для сбора дан- ных по оптическому каналу устойчиво работают в агрессивных средах, в усло- виях рисков деформации и вибрации, СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 39

CОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 3. Схематичный вид резервуара с иллюстрацией сил Рис. 4. Вид резервуара для сброса отработанного сырья внешнего воздействия пивоваренного производства – дробины. Завод ОАО «Пивоваренная компания «Балтика», 2020 г. Рис. 5. Универсальный весовой Весовое измерительное оборудо- Современные контроллер eNod4 от Scaime вание и опорные стойки резервуара интеррогаторы оснащены соответственно датчиками На изображении слева показаны и стабилизирующими устройствами, Решения с применением оптических силы давления сверху, иллюстрация разработанными в Scaime. Компания датчиков в Scaime этим не ограничи- справа показывает возможные точ- Scaime накопила большой опыт в раз- ваются. На протяжении длительного ки установки датчиков для контроля работке весового оборудования, сер- времени особое место в производствен- состояния резервуара – против его рас- тифицированного по ATEX и IECEx, ной линейке занимают электронные ширения в стороны. Поэтому интерес- в том числе для взвешивания в агрес- контролёры обработки с АЦП, спе- ны монтажные комплекты, штанги и сивных и взрывоопасных средах. циализированные микропроцессор- тяги – стабилизирующие устройства, Широкий диапазон температур сре- ные системы и модули для универ- устраняющие значительные боковые ды, в которых применяются весовые сального крепления в шкафы и на силы воздействия. Потому что когда контроллеры и датчики, в зависимо- DIN. Пример тому – устройства опро- резервуар расширяется и сжимается, сти от типа устройств имеет значения са датчиков и сбора данных (интерро- посредством внешней силы возраста- от –60 до +70°С, что позволяет приме- гаторы), контроллеры eNod4 с различ- ет фронтальная или боковая нагруз- нять их в нетипичных условиях, в том ными модификациями прошивок – для ка на опоры и датчики, в частности, числе в Арктике. решения различных типовых задач. и на присоединенный трубопровод, Базовые конфигурации контролле- в то время как резервуар должен быть Следующее уточнение касает- ра (см. рис.   5) регулярно изменяют- условно подвижен, ибо жёсткие и ся надёжности коммуникационных ся, а это говорит о заинтересованном неподвижные соединения, в том чис- линий. К примеру, в промышленном отслеживании развития потребности ле подводки трубопроводов, приво- устройстве сбора данных по оптиче- рынка РЭА со стороны инженеров и дят к ошибкам взвешивания. На рис. 4 скому каналу MDX400T(D) применены менеджеров компании – для соответ- представлен вид резервуара для сбро- коннекторы M12 повышенной надёж- ствия актуальным запросам разработ- са отработанного сырья пивоваренного ности для электрических и типа ODC чиков и производителей систем совре- производства – дробины. Представлен оптических сигналов. Интерфейс связи менной электроники. авторский опыт обслуживания систе- по шине CANopen позволяет подклю- мы весового контроля по заказу ОАО чать его к системам промышленной Электронные контроллеры серии «Пивоваренная компания «Балтика». автоматизации. Устройство сбора дан- eNOD4 – весьма интересный для разра- ных MDX400T-X совместимо со всеми ботчиков продукт, ещё более уникаль- типами датчиков SCAIME (и не толь- ный, нежели базовые датчики веса, ко), предназначенных для измерения и при этом универсальный. Мы не раз давления, температуры, усилий, смеще- будем возвращаться к нему, рассматри- ния, ускорения, и не требует дополни- вая подробно в следующих публика- тельного оборудования. Высокочувстви- циях. Область их применения очень тельные и надёжные в эксплуатации широка – от вендинговых аппаратов оптические датчики на основе волокон- (о чём «СЭ» писала в № 2, 2023) до ной решётки Брэгга FBG (Fiber Bragg устройств в системе управления про- Grating) с физической длиной всего цессами розлива и фасовки. В этом несколько миллиметров применяются ключе функциональность весовых кон- по технологии FBG в измерениях физи- троллеров подтверждается обеспечени- ческих величин. Весовой контроллер ем полного однокомпонентного цикла MDX400T-X с датчиками, имеющими фасовки/розлива (жидких сред) и одно- микроструктуру FBG (ядро – сердцеви- временным контролем нескольких на одномодового оптоволокна), описан наполняющих клапанов (настраивае- в [8] и каталогах [2], [5]. мая последовательность работы клапа- 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

CОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 6. Схематическая иллюстрация функционала Рис. 7. Рекомендуемые места установки датчиков для весоизмерительных электронных контроллеров eNOD-4D на контроля нагрузки грузового автомобиля производстве нов (CF, CF-FF, HF-CF-FF, FF-CF-FF)). зовом автомобилестроении. Надо заме- целостность и вес грузового железно- Они доказали свою надёжность в дина- тить, что кузова грузовых автомобилей дорожного вагона, цистерны с массой мическом режиме работы «Dynamic» отечественного и белорусского про- 63 тонны. Контроль во время маршрута functioning mode для точного дозиро- изводства (к примеру, МАЗ, КамАЗ и осуществляется неоднократно, в «пар- вания веществ и жидкостей без стаби- др.) грузоподъемностью 3–20 т пока ках» отстоя составов перед следующим лизации веса и с автоматическим кон- не оснащаются этим типом датчи- участком пути, а также сотрудниками тролем тары. На рис. 6 представлено ков. Почему – вопрос надо адресовать ведомственной охраны ЖДТ, которых схематическое изображение описы- автопрому, в то время как автомобили подряжают на охрану грузовых составов ваемого функционала, реализуемого аналогичного класса грузоподъёмно- и их сопровождение. Для цели контро- с помощью eNOD-4D. сти фирм Man, Volco и др. с середины ля у сотрудника ведомственной охраны 90-х гг. ХХ века уже имели это обору- ЖДТ есть с собой специальная «палка» – Конструкции весоизмерительных дование, позволяющее контролиро- измерительный инструмент из пло- датчиков и современные контролле- вать не визуально наполняемость и вес ской доски, вырезанный «лесенкой» ры типа eNOD обеспечивают качествен- груза в кузове (как водитель в России), (примерно, если шахматную доску по ный, корректный метрологический а динамические характеристики диагонали разрезать и по клеточкам). процесс (измерения и их обработка) деформации, наклона и вибрации, осо- Эту зубчатую конструкцию сотруд- безынерционно, то есть оперативно бенно это актуально при сбросе груза ник-контролёр подсовывает под пру- в течение нескольких секунд, а неко- (к примеру, «дробины» – см. выше) из жину колёсной пары грузового вагона торые типы датчиков – долей секунд. кузова, когда база грузового автомоби- (цистерны) до того участка, пока пал- В прикладном смысле это очень важ- ля (его шасси, рама) испытывает колос- ка влезает между пружиной и рамой но, поскольку с помощью означенного сальные нагрузки. Обратите внимание колёсной пары, – определяют наполня- оборудования измерения можно про- на иллюстрацию (рис. 7), где показаны емость цистерны. Разумеется, пример- водить и анализировать буквально «на рекомендуемые точки установки тен- но. Одно деление (клеточка) равняется лету», что и используется в условиях зодатчиков растяжения. примерно 5 тоннам веса. Соответствен- промышленного производства широко- но маркированная «доска» с клеточ- го спектра. Поэтому продукция Scaime Опять же примеры неслучайны. Если ками полностью (до отказа) влезает в в сегменте датчиков изменения состоя- знать и контролировать существенные означенное место, если цистерна пуста, ния не теряет, а приобретает в востре- нагрузки на раму грузового автомоби- а при наполненной цистерне «тестовая бованности. Примеры использования ля при наполнении кузова и особенно доска» едва влезает между пружиной и продукции фирмы хорошо показаны в при его опорожнении, особенно в усло- рамой колесной пары на один «квадра- статье [8], где, в частности, речь идёт виях нелинейных почв и не на твердом тик-клеточку». Надо полагать, что тут о важном и перспективном направле- грунте, под уклоном, в карьерах и др., то фирма Scaime могла бы помочь линей- нии, используемом в том числе в воен- можно распределять нагрузку на кузов кой своих датчиков и весоизмеритель- проме. Это замеры состояния корпуса более эффективно и безопасно, а глав- ных контроллеров. (деформации) морских и воздушных ное – облегчить шасси автомобиля. судов, в том числе в режиме эксплуа- В российском автопроме традиционно На рис. 8 представлен автомобиль тации, под воздействием внешних фак- возобладала привычка «на всякий слу- МАЗ без системы автоматического торов и в других характерных случаях. чай» увеличивать шасси, что приводит контроля нагрузки на шасси и кузов к неоправданному увеличению массы (авторский опыт). Далее рассмотрим обзор датчиков грузового автомобиля отечественно- сжатия и растяжения в прикладных го производства и расходу металлов. В то время как ту же задачу с при- целях и перспективы их применения. Примерно та же проблема техноло- менением технологий Scaime (и не гий, напоминающих анахронизм эпохи, только) уместно решать с дополни- Датчики сжатия видна на российских железных доро- тельной пользой. Зная распределе- и растяжения гах в части грузового товарооборота и ние сил и нагрузок, факторов внешнего в автомобилестроении логистики. Далее расскажем о том, как воздействия и давления на конструк- контролируется до сих пор в 2023 году цию, кузов грузового автомобиля мож- В прикладных целях датчики сжа- но сделать легче, что приведёт также тия, растяжения применяют и в гру- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 41

CОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 8. Грузовой автомобиль МАЗ, сбрасывающий «дробину» Рис. 9. Иллюстрация размещения оптических датчиков на в поля корпусе танкера к улучшению всех эксплуатационных Датчики сжатия возащищённых операторских станций характеристик грузового автомобиля. и растяжения для кораблей, серии VisuNet RM обеспечивает удоб- Примерно тем же путем можно сле- самолётов, вертолётов ный способ обмена информацией меж- довать в области производственного и БПЛА ду оборудованием во взрывоопасной авиа- и кораблестроения. Для изуче- производственной зоне и аппарату- ния проблематики и совершенство- Пример системы контроля целост- рой, установленной в диспетчерской. вания готовых конструкций подходят ности корпуса судна с мониторин- Комплекс включает в себя удалённый весовые датчики и контроллеры, пер- гом в реальном времени описан в [8]. монитор (операторскую станцию) или спективы которых мы рассматрива- История применения датчиков сжатия панельный ПК (в качестве узла сети) ем. Для справедливости надо сказать, и растяжения в военпроме мировых в сочетании с дополнительными интер- что некоторые (крайне мало) весовые держав известна с 2004 года (действу- фейсными компонентами. Кроме воен- датчики применяются в автомоби- ющий авианосец с атомной установ- ной перспективы устройства подходят лях повышенной грузоподъёмности кой «Шарль де Голль», Франция). С тех для применения в химической, фарма- 450 тонн типа «Белаз» модели 75710 пор на кораблях, танкерах, транспор- цевтической, нефтегазовой и пищевой разработки 2013 года, а также в воен- тировщиках сжиженного природного отраслях. Серия VisuNet имеет конструк- ной промышленности. Однако в рос- газа (СПГ), ледоколах и контейнерово- тивные особенности, гарантирующие сийских традициях это пока единич- зах устанавливают системы, решения к высокую степень взрывозащиты, в част- ные или частные случаи. У нас до сих которым предложены Scaime. На рис. 9 ности, залитый компаундом предохра- пор имеется «зияющее» и, по сути, нео- представлена схема размещения опти- нитель и внутренние полости корпуса, правданное разграничение классифи- ческих датчиков на корпусе танкера [8]. заполненные кварцевыми стеклянными каций и требований, предъявляемых шариками. Технология Ethernet позво- к продукции военпрома и бытового Система не только контролирует ляет располагать операторские панели («народного хозяйства») назначения, целостность корпуса, но и следит за утеч- во взрывоопасной зоне на расстоянии в то время как в странах с преоблада- ками сжиженного газа, обнаруживаемы- до 2 км от рабочей станции, находящей- нием высоких технологий производ- ми по изменению температуры ёмкости. ся в безопасной зоне. Серия имеет сер- ства такого разделения нет; любой Аналогичным образом осуществляется тификацию по ATEX II 2G, II 2D EEx qe грузовой автомобиль одинаково ком- мониторинг утечек в наземных газовых [ib] IIC T4, IEC II 2G, II 2D и разрешение фортен и надёжен как для армии, так хранилищах. Датчики растяжения и сжа- Ростехнадзора. Корпуса из нержавеющей и для агропромышленного комплек- тия применяются в военных разработках или кислотоустойчивой стали c различ- са или частного владения. То же каса- в местax дислокации ракет подземного ными вариантами крепления. Диапазон ется системы комплексного определе- (шахтного – не только в России) базиро- рабочих температур от –20 до +50°С [7]. ния критичных нагрузок в движении, вания, но и для ракетных комплексов, в в том числе в полете и плавании, а так- том числе межконтинентальных балли- Поэтому обеспечение средствами же взвешивания самолётов и вертолё- стических ракет на автомобильном гру- современной электроники летательных тов (система VPH-3Z) в процессе техни- зовом шасси и скрытым базированием в аппаратов, судов, «бороздящих» просто- ческого обслуживания. Эта разработка усиленных железнодорожных вагонах- ры водных акваторий, в том числе подво- с тремя независимыми каналами взве- рефрижераторного типа (вида) в соста- дного флота, ТС, автомобилей грузового шивания позволяет отслеживать сме- ве БЖРК – боевого железнодорожного типа, особенно с большой грузоподъём- щение центра тяжести летательного ракетного комплекса. Последние БЖРК ностью, является задачей отечествен- аппарата для контроля его нахожде- в России были расформированы в нача- ных разработчиков (автопром) будуще- ния в пределах лётной годности. В пер- ле «нулевых», однако и сегодня обсужда- го; для этого производителями РЭА и спективе развития и совершенствова- ются вопросы и перспективы по восста- современной электроники, в том числе ния этой системы её ориентация на новлению этого типа «ядерного щита» от Scaime, представлены достаточные беспилотные средства передвижения [3]. Эти системы и операторские станции возможности. Датчики, преобразовате- и летательные аппараты. отвечают строгим стандартам в плане ли, весовые контроллеры и индикаторы безопасности, надёжности и функцио- состояния наряду с опытными рекомен- нального оснащения. Концепция взры- 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

CОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Таблица 1. Зависимость пределов допускаемой погрешности измерений от веса нагрузки датчиков R10X Нагрузка, кг Пределы допускаемой погрешности (mpe), кг От 0 до 50 включ. ± 0,35 Св. 50 до 200 включ. ± 0,7 Датчики семейства R10X Датчики семейства CB50X Св. 200 ± 1,05 Рис. 10. Внешний вид весоизмерительных датчиков сжатия Scaime ТC F дациями по их применению нужны для Таблица 2. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и построения полноценной системы изме- минимальном поверочном интервале рения и взаимодействия со сторонними управляющими системами. Максимальное число поверочных интервалов nmax 1000 Максимальная нагрузка, Emax, т 1; 2,5; 5; 10; 15; 30; 50; 100 Весоизмерительные Минимальный поверочный интервал vmin, кг Emax /2500 тензодатчики различного Невозврат выходного сигнала при возврате к минимальной назначения нагрузке, DR, кг Emax /2000 Тензодатчики веса, силы и преобра- Таблица 3. Габаритные размеры и масса датчиков R10X зователей для измерений обеспечива- ют измерение в пределах 200 грамм – Максимальная нагрузка Габаритные размеры, не Масса, кг, не более 5000 тонн, а силы – 0,1–5000 Ньютон. Тако- (Emax), т более, мм вы особенности их калибровки. Тензодат- 1,5 чики могут функционировать в широком 1; 2,5; 5; 10; 15 Длина Ширина Высота 4,0 диапазоне температур, с классом точности 30; 50 10 C2–C6, со степенью защиты разных моде- 100 82 82 44 лей от IP54 до IP68, и могут располагать- ся во взрывоопасных средах. S-образные 126 126 54 датчики производятся из никелирован- ной и нержавеющей стали. Условно про- 164 164 80 стые и удобные в установке, они предна- значены в основном для взвешивания встройки в весы, габаритными размерами ● Вероятность безотказной работы (за ёмкостей и в натяжных системах для взве- и массой. Модификации датчиков отлича- 2000 ч): 0,9 шивания. Могут применяться во взрыво- ются максимальной нагрузкой, пределами опасных средах и для измерения веса допускаемой погрешности. Обозначение ● Класс точности D по ГОСТ Р 8.726-2010 резервуаров, вагонов, автотранспорта, датчиков Scaime ТС F XY, где ТС F – ● Значение входного сопротивления усилий в подъёмных механизмах, прокат- обозначение типа, определяется так: X – ных станах; нагрузок в опорных стенах; обозначение семейства; Y – обозначение датчиков 760±20 Ом тяги авиадвигателей, испытаний кузо- максимальной нагрузки (Еmax) в тоннах. ● Значение выходного сопротивления вов автомобилей, плоскостей и фюзеля- жа самолетов. Приборы сертифицирова- Датчики сжатия семейства датчиков 700±10 Ом ны по международным метрологическим R10X ● Предел допустимой нагрузки Еmin: стандартам OIML, NTEP, ATEX, FM. Некоторые технические характери- 200 (150 для 50 т) % от Еmax Весоизмерительный датчик преобра- стики датчиков семейства R10X (ката- ● Предельные значения температуры: зует упругую деформацию, возникаю- ложные сведения). щую под действием силы тяжести взве- ● Доля от пределов допускаемой по- –30…40°С шиваемого объекта в нормированный В табл. 1 представлена зависимость пре- электрический сигнал. Представленный грешности весов 0,7 pLC делов допускаемой погрешности измере- на рис. 10 весоизмерительный датчик ● Составляющая погрешности, связан- ний от веса нагрузки датчиков R10X. сжатия Scaime ТC F класса 28.01 выпу- Сведения о поверочных интервалах, скается с 2012 года по настоящее время. ная со сходимостью и ползучестью: максимальной нагрузке и минималь- за 30 мин, кг, не более 0,7 mpe, за вре- ном поверочном интервале приведе- Датчик состоит из упругого элемента и мя между 20-й и 30-й минутами, кг, ны в табл. 2. тензорезисторов на клеевой основе, соеди- не более 0,15 mpe Габаритные размеры и масса датчи- нённых по мостовой электрической схе- ● Номинальный относительный вы- ков приведены в табл. 3. ме. Среди разработчиков популярны два ходной сигнал 2 мВ/В семейства датчиков R10X и CB50X, отли- ● Обозначение по влажности СН Датчики сжатия семейства чающиеся монтажными элементами ● Напряжение питания, диапазон СВ50Х 1...15 В Датчики семейства СВ50Х имеют класс точности С по ГОСТ Р 8.726-2010. Преде- лы допускаемых погрешностей датчиков СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023 WWW.SOEL.RU 43

CОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Таблица 4. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков семейства СВ50Х Максимальное число поверочных интервалов nmax 4000 Максимальная нагрузка, Emax, т 5, 10, 20, 30, 40, 60 Минимальный поверочный интервал vmin, кг Emax /10 000 Невозврат выходного сигнала при возврате к минимальной нагрузке, DR, кг Emax /8000 Таблица 5. Габаритные размеры и масса датчиков CB50X Максимальная Габаритные размеры, не более, мм Масса, кг, нагрузка (Emax), т не более 5, 10, 20, 30, 40, 60 Длина Ширина Высота 4 88,9 88,9 130 Таблица 6. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и Рис. 11. Тензодатчик растяжения из минимальном поверочном интервале датчиков растяжения нержавеющей стали Scaime МТРД – МТРС для контроля веса до 50 т Максимальное число поверочных интервалов nmax 3000 Максимальная нагрузка, Етах, кг 500, 1000, 2000, 5000, 7500 нагрузкой, пределами допускаемой Минимальный поверочный интервал vmin, кг Emax /10 000 погрешности, габаритными размера- Невозврат выходного сигнала при возврате к минимальной ми и массой. Принятое обозначение нагрузке, DR, кг Emax /6000 датчиков в Scaime ТС C ZA30X Y, где ТС C – обозначение типа, ZA30X – обо- Таблица 7. Габаритные размеры и масса датчиков растяжения Scaime значение семейства, а Y – обозначение максимальной нагрузки (Еmax), тонн. Максимальная Габаритные размеры, не более, мм Масса, кг, нагрузка (Emax), кг не более Некоторые технические характери- Длина Ширина Высота стики весоизмерительных датчиков 500 1,0 растяжения Scaime. 1000, 2000 63 32 70 1,5 ● Доля от пределов допускаемой по- 2,9 5000 80 32 87 7,5 грешности весов 0,7 pLC 7500 ● Составляющая погрешности, связан- 107 45 110 ная с сходимостью и ползучестью: за 129 60 130 30 мин., кг, не более 0,7 mpe, за вре- мя между 20-й и 30-й минутами, кг, семейства СВ50Х аналогичны датчикам чика, возникающей под действием силы не более 0,15 mpe R10X. Сведения о поверочных интервалах, тяжести взвешиваемого груза, в электриче- ● Номинальный относительный вы- максимальной нагрузке и минимальном ский сигнал. Примером тому тензодатчик ходной сигнал 2 мВ/В поверочном интервале приведены в табл. 4. растяжения из нержавеющей стали Scaime ● Обозначение по влажности СН МТРД – МТРС для веса до 50 т (см. рис. 11) ● Напряжение питания, диапазон Значение входного сопротивле- и аналогичного типа. 1...15 В ния датчиков 815±20 Ом. Предельные ● Вероятность безотказной работы (за значения температуры в диапазоне Датчик MTRD обеспечивает уро- 2000 ч): 0,9 –10…+40°С. Значение выходного сопро- вень защиты IP65, датчик MTRS уро- ● Класс точности C по ГОСТ Р 8.726- тивления датчиков и предел допустимой вень защиты IP67. Комбинированная 2010 нагрузки для датчиков R10X и CB50X не ошибка для обоих типов составляет ● Значение входного сопротивления отличаются. Габаритные размеры и мас- ±0,15%. Каждый тензодатчик шунти- датчиков 385±20 Ом са датчиков CB50X приведены в табл. 5. рован, соединяется с весовым контрол- ● Значение выходного сопротивления лером многожильным медным кабе- датчиков 350±10 Ом Поверка осуществляется в соответствии лем в экранирующей оплётке, чтобы ● Предел допустимой нагрузки Еmin: с приложением В «Методика поверки» исключить влияние электрических и 150% от Еmax ГОСТ Р 8.726-2010. Основные средства эм-помех, а при монтажных или регла- ● Предельные значения температуры: поверки: рабочие эталоны 1-го разряда ментных работax с габаритным обору- –10…+40°С по ГОСТ Р 8.663-2009 с пределами допу- дованием предотвратить отрицатель- Пределы допускаемых погрешно- скаемых значений доверительных гра- ное воздействие сварочного тока через стей датчиков аналогичны указанным ниц относительной погрешности 0,01%. тензодатчик. Датчик состоит из упруго- в табл. 1 (выше). Сведения о повероч- го элемента и тензорезисторов на кле- ных интервалах, максимальной нагруз- Весоизмерительные евой основе, соединённых по мостовой ке и минимальном поверочном интер- датчики растяжения электрической схеме. Модификации вале приведены в табл. 6. датчиков отличаются максимальной Принцип действия датчиков основан на преобразовании упругой деформации дат- 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023



CОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Таблица 8. Некоторые параметры весоизмерительных ячеек SIWAREX R Весоизмерительные ячейки SIWAREX R, серия SB Возможные области применения Резервуарные весы, ленточные, подвесные путевые весы и платформенные весы Конструктивное исполнение Срезной стержень Ном. нагрузка / макс. нагрузка Emax 0,5/1/2/5 т Класс точности по OIML R60 C3 Макс. цена деления nLC 3000 Мин. цена деления Vmin Eмакс./10 000 Мин. диапазон применения Rmin(LC) 30% Комбинированная погрешность Fcomb ≤ ± 0,02% Cn Переменность Fv ≤ ± 0,01% Cn Возврат нулевого сигнала ≤ ± 0,0167% Cn1) Погрешность ползучести Fcr 30 min ≤ ± 0,0245% Cn1) 20...30 min ≤ ± 0,0053% Cn1) Температурный коэффициент Нулевой сигнал TKo ≤ ± 0,007% Cn/5 K Показатель TKc ≤ ± 0,0045% Cn/5 K Минимальная предварительная нагрузка Emin ≥ 0% Emax. Макс. рабочая нагрузка Lu 150% Emax. Разрушающая нагрузка Ld 300% Emax. Рис. 12. S-образные датчики растяжения Макс. поперечная нагрузка LIq 100% Emax. Scaime ТС C ZA-30X (cверху) и ZFA (снизу) Номинальный измерительный путь hn при ≤ 0,5 мм Габаритные размеры и масса дат- Emax чиков растяжения Scaime приведены в табл. 7. Напряжение питания Usr (эталонное значение) 10 В Особый форм-фактор у датчиков рас- Напряжение питания (диапазон) 5...18 В тяжения Scaime ZA30X и ZFA представ- лен на рис. 12. Номинальный показатель Cn 2 мВ/В Знак утверждения типа наносится Допуск показателя Dc ± 1% фотохимическим способом на марки- ровочную табличку, расположенную Допуск нулевого сигнала Do ≤ ± 1,0% Cn на датчике, и типографским способом на титульный лист паспорта. Основ- Входное сопротивление Re 350 Ω ± 3,5 Ω ные средства поверки и принцип её осуществляются так же, как для весо- Выходное сопротивление Ra 350 Ω ± 3,5 Ω измерительных датчиков растяжения Scaime производства КНР. Сопротивление изоляции Ris ≥ 5000 MΩ Весоизмерительные ячейки Номинальный диапазон температур Btn –10...+40°C Кроме того, в линейке выпускаемо- Диапазон рабочих температур Btu –40...+80°C го оборудования особое место занима- ют весоизмерительные ячейки, пред- Диапазон температур хранения Bts –40...+90°C назначенные для взвешивания или измерения больших нагрузок на погру- Материалы чувствительного элемента (DIN) Нержавеющая сталь, заводской номер 1.4542 зочно-разгрузочном оборудовании. Вместимость вариативна и может огра- Степень защиты по DIN EN 60 529; IEC 60 529 IP66/IP68 ничиваться значениями в 5, 10, 20, 30, 50 тонн. Это устройство на базе срезно- Рекомендуемый момент затяжки крепёжных 110 Нм (0,5–2 т) го стержня, для эксплуатации в резер- винтов 540 Нм (5 т) вуарных, путевых и платформенных весах. Измерительный элемент пред- SC-калибровка током Стандарт ставляет собой пружину напряжения среза из нержавеющей стали, на кото- EEx(i)-сертификация (на выбор) II 2 G EEx ib IIC T6/T4 рой расположены расширительные II 3 G EEx nA / nL IIC T6/T4 измерительные полоски (DMS). DMS находятся под углом 45° к продоль- II 1D / 2D / 3D T 70°C Кабельная разводка Принцип действия Цвет EXC + зелёный EXC - чёрный SIG + белый SIG - красный ной оси сбоку на пружинном элемен- тывается измерительное напряжение, те и, таким образом, работают на срез. пропорциональное нагрузке. У разных За счёт воздействия нагрузки в изме- производителей такие датчики отлича- рительном направлении пружинное ются. Для сведения параметры весоиз- тело и связанные с ним DMS эластич- мерительных ячеек SIWAREX R пред- но деформируются. При этом выраба- ставлены в табл. 8. 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023

SOEL.ru CTA.ru

CОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Таблица 9. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке время между 20-й и 30-й минутами, и минимальном поверочном интервале датчиков AQ кг, не более 0,15 mpe ● Номинальный относительный вы- Максимальное число поверочных интервалов nmax 3000 ходной сигнал 2 мВ/В ● Обозначение по влажности SН Максимальная нагрузка, Emax, кг 5, 10, 15, 20, 35 ● Напряжение питания, диапазон 1–15 В Минимальный поверочный интервал vmin, кг Emax /10 000 ● Вероятность безотказной работы (за 2000 ч): 0,9 Невозврат выходного сигнала при возврате к минимальной нагрузке, DR, кг Emax /6000 ● Класс точности C по ГОСТ Р 8.726- 2010 Таблица 10. Габаритные размеры и масса датчиков AQ ● Значение входного сопротивления датчиков 410±20 Ом Максимальная Габаритные размеры, не более, мм Масса, кг, ● Значение выходного сопротивления нагрузка (Emax), кг не более датчиков 350±10 Ом Длина Ширина Высота ● Предел допустимой нагрузки Еmin: 0,145 150% от Еmax 5, 10, 15, 20 130 25 22 0,240 ● Предельные значения температуры: –10…+40°С 35 130 40 22 Пределы допускаемых погрешностей датчиков блочного типа такие же, как Таблица 11. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и указаны в табл. 1 (выше). минимальном поверочном интервале датчиков AG Датчики семейства AQ Максимальное число поверочных интервалов nmax 3000 Сведения о поверочных интервалах, Максимальная нагрузка, Emax, кг 5 10, 15, 20, 30, 50, 75, 100 максимальной нагрузке и минималь- ном поверочном интервале датчиков Минимальный поверочный интервал vmin, кг Emax /5000 Emax /10 000 AQ приведены в табл. 9. Невозврат выходного сигнала при возврате к Emax /6000 Габаритные размеры и масса датчи- минимальной нагрузке, DR, кг ков AQ приведены в табл. 10. Таблица 12. Габаритные размеры и масса датчиков AG Датчики AG Максимальная нагрузка Габаритные размеры, не более, мм Масса, кг, Этот тип датчиков отли- (Emax), кг не более чается от рассмотренных Длина Ширина Высота выше (AQ) незначительно – 5, 10, 15, 20, 30, 50, 75, 100 0,2 только сведениями, представленны- 150 25 40 ми в табл. 11 и 12, – соответственно незначительны отличия в поверочных Рис. 13. Весоизмерительный тензодатчик тензорезисторы на клеевой основе, интервалах, максимальной нагрузке и Scaime AG18 C6 SH 18e F балочного типа соединённые по мостовой электриче- минимальном поверочном интервале ской схеме. Линейка датчиков состоит датчиков и их габаритaх. Датчики из семейств AQ, AG, AH, AP, AB, F60X, весоизмерительные SK30A, SK30X, отличающихся монтаж- Габаритные размеры и масса датчи- балочные Scaime ными элементами встройки датчика в ков AG приведены в табл. 12. весы, габаритными размерами и мас- Датчики весоизмерительные балоч- сой. Также модификации датчиков Типичный пример балочного ные Scaime предназначены для изме- отличаются максимальной нагрузкой, весоизмерительного датчика AG18 рений и преобразования воздействую- пределами допускаемой погрешности. C6 SH 18e F от Scaime представлен щей на датчик силы тяжести – упругой Обозначение датчиков Scaime C XY, где на рис. 13. деформации под воздействием взвеши- C – обозначение типа, X – обозначение ваемого груза в электрический ток. Как семейства, Y – обозначение максималь- Датчики АН и датчик растяжения и сжатия, балоч- ной нагрузки (Еmax), кг. ный имеет в основе упругий элемент – Сведения о поверочных интервалах, Некоторые технические максимальной нагрузке и минималь- характеристики ном поверочном интервале AH приве- весоизмерительных дены в табл. 13. датчиков балочного типа Scaime Остальные технические характери- стики, как в описании для всех дат- ● Доля от пределов допускаемой по- чиков балочного типа фирмы Scaime. грешности весов 0,7 pLC Габаритные размеры представлены в табл. 14. ● Составляющая погрешности, связан- ная со сходимостью и ползучестью: Датчики АР за 30 мин., кг, не более 0,7 mpe, за Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минималь- 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2023