Краткая сводка проекта
- Заказчик: Magewell
- Отрасль: AV/Вещание
- Задача: Создание устройства медиавидеозахвата с поддержкой физического уровня USB 3.2 Gen2x2 для различных контроллеров.
- Решение: FPGA AMD Artix™ UltraScale+™ обеспечили требуемую производительность, стабильность, низкое энергопотребление и эффективное использование ресурсов, позволив адаптировать интерфейсы HDMI и USB.
- Результат: Решение на базе FPGA от AMD гарантирует высокую производительность ввода-вывода, совместимость и энергоэффективность, что позволяет Magewell выпускать надёжные устройства для высокоскоростного захвата медиа.
Magewell разрабатывает аппаратное и программное обеспечение для захвата, конвертации и потоковой передачи медиа, создавая высокопроизводительные решения для видеоввода-вывода и IP-рабочих процессов. Продукция компании стала предпочтительным выбором для трансляции аудио- и видеосигналов в IP-сети и из них. Решения Magewell используются крупнейшими мировыми вещателями, независимыми продюсерами, стримерами, спортивными командами и религиозными общинами.
Техническая задача
Magewell разрабатывала алгоритмы видеокодирования/декодирования и устройства видеозахвата на базе FPGA AMD, включая новейшую модель USB Capture HDMI 4K Pro. Ранее ограничения пропускной способности шины USB позволяли захватывать видео 4K только до 30 кадров/с с субдискретизацией 4:2:0. Новое устройство рассчитано на использование USB 3.2 Gen 2x2 (20 Гбит/с) для захвата 4K@60fps в формате 4:4:4.
Главной технической проблемой стала необходимость обеспечения совместимости физического уровня USB 3.2 Gen 2x2 с различными контроллерами USB. При тестировании альтернативных решений на базе FPGA Magewell столкнулась с нестабильностью работы на скорости 10 Гбит/с и чрезмерным энергопотреблением. Кроме того, ASIC-чипы конкурентов не поддерживают скорость 20 Гбит/с, вынуждая применять сильное сжатие видео. Это не только ухудшает качество картинки, но и требует значительных ресурсов центрального процессора компьютера для декодирования, отнимая мощность у приложений пользователя.
Что такое FPGA и почему эта технология стала ключевой?
FPGA (Field-Programmable Gate Array) — это программируемая пользователем вентильная матрица. В отличие от традиционных процессоров или специализированных микросхем (ASIC) с фиксированной, неизменяемой архитектурой, FPGA представляет собой настраиваемую цифровую платформу. Разработчики могут самостоятельно конфигурировать внутренние логические блоки, маршруты передачи данных и аппаратные интерфейсы уже после производства чипа, загружая в него необходимую прошивку.
Ключевые преимущества технологии FPGA:
- Гибкость и масштабируемость: Функционал устройства можно обновлять или полностью менять без замены аппаратной платформы.
- Аппаратный параллелизм: Архитектура позволяет обрабатывать множество потоков данных одновременно, что критически важно для высокоскоростного видео.
- Минимальная задержка: Алгоритмы выполняются напрямую на аппаратном уровне, без накладных расходов операционной системы или промежуточных драйверов.
- Энергоэффективность: Чип настраивается строго под конкретную задачу, исключая избыточные вычисления и снижая потребление энергии.
Именно эти характеристики сделали FPGA идеальным выбором для задач, требующих высокой скорости передачи данных, адаптивности к новым стандартам и стабильной работы в условиях ограниченного энергопотребления.
Реализация решения
Для нового устройства Magewell выбрала FPGA AMD Artix™ UltraScale+™. Данная платформа предоставила необходимую производительность и стабильность при низком энергопотреблении. Инженеры Magewell использовали FPGA для реализации как физического, так и цифрового уровней интерфейса USB, что полностью устранило необходимость во внешних контроллерах.
Чип взял на себя обработку высокоскоростной передачи данных и сложных алгоритмов, став центральным вычислительным узлом. Благодаря высокоскоростным трансиверам SerDes интерфейсы HDMI 2.0 и USB 3.2 были интегрированы непосредственно в FPGA, что позволило отказаться от дополнительных микросхем. Встроенное программное ядро ЦП обеспечивает управление обоими интерфейсами, упрощая конструкцию и повышая конкурентоспособность продукта.
Гибкость FPGA также позволяет Magewell оперативно реагировать на запросы клиентов и рыночные тренды. Компания регулярно выпускает обновления прошивок, расширяющие функционал устройств и добавляющие поддержку новых отраслевых стандартов без замены оборудования.
Достигнутые результаты
Интеграция FPGA от AMD позволила достичь следующих результатов:
- Высокая производительность ввода-вывода: Улучшенные характеристики GTH-трансиверов обеспечили качественную передачу данных и полную совместимость с различными USB-контроллерами на скорости 20 Гбит/с.
- Ускоренная разработка: Мощная логика и интеграция интерфейсов в одном чипе сократили время проектирования. Инструментарий AMD Vivado™ Design Suite предоставил эффективную компиляцию, удобную отладку и продвинутую среду моделирования.
- Компактность и надёжность: Консолидация всех функций в одной FPGA уменьшила габариты устройства и повысила общую стабильность системы.
- Поддержка на всех этапах: Обширная техническая документация и оперативная помощь команды инженеров AMD (FAE) обеспечили гладкий процесс разработки и отладки.
Благодаря FPGA от AMD, Magewell смогла сосредоточиться на оптимизации функционала, сохранив фокус на создании простых, надёжных и энергоэффективных решений для профессионального видеопроизводства.
Справочная информация
О Magewell
Magewell создаёт инновационные решения для видеоввода-вывода и IP-рабочих процессов, бесшовно объединяющие сигналы, ПО, потоки и экраны. Продукция компании используется в прямых трансляциях, видеоконференциях, дистанционном обучении, медицинской визуализации и других сферах.
О портфеле FPGA от AMD
Сочетание 16-нм техпроцесса TSMC FinFET с технологиями UltraRAM и SmartConnect позволяет AMD предлагать рынку решения, превосходящие традиционные законы масштабирования. Семейство AMD Artix™ UltraScale+™ представляет собой оптимизированные по стоимости FPGA на базе проверенной архитектуры, обеспечивающие исключительную производительность на ватт. С трансиверами до 16 Гбит/с и высокой DSP-производительностью, эти чипы идеально подходят для машинного зрения, сетевых технологий, 4K-вещания и периферийных вычислений.
О AMD
Более 50 лет AMD развивает технологии высокопроизводительных вычислений, графики и визуализации. Миллиарды людей и ведущие компании мира ежедневно используют решения AMD для работы, обучения и развлечений.
