포토닉스의 시대
우리는 현재 기술 혁명의 한가운데에 있습니다. 인공 지능(AI), 에지 투 클라우드, 5G, 사물 인터넷(IoT)을 포함한 인더스트리 4.0 기술은 엄격한 캡처, 처리 및 분석을 해야 하는 엄청난 규모의 데이터를 공동으로 생성합니다. 연구원들이 정보 전송을 목표로 빛의 속성과 응용 프로그램을 탐색하는 포토닉스 분야는 이러한 데이터 요구 사항을 처리할 수 있는 실행 가능한 솔루션을 제공합니다.
실제로 일부 경우 포토닉 장치가 전자 장치 보다 관련 이점이 있기 때문에 보편화되고 있습니다. 이 장치들은 이제 통신, 의학, 천체 물리학 및 컴퓨팅과 같은 응용 분야에서 매우 중요합니다. 더 구체적으로 말하자면 포토닉 장치는 광섬유 통신, 약물 발견, 유전 분석 및 양자 컴퓨팅에서 찾아볼 수 있습니다.
"모든 광자 수"
1953년에 설립된 Hamamatsu Photonics는 빛 기반 기술 분야의 리더입니다. 이들의 제품은 성능, 민감성 및 정확성이 필수적인 산업 및 과학 응용 프로그램에 널리 사용됩니다. 널리 사용되는 Hamamatsu 제품에는 광전자 배증관 튜브, 이미징 장치, 광원, 광반도체, 이미징 시스템 및 분석 시스템이 포함됩니다.
이들은 최근에 엔지니어링 관점에서 특히 어려운 초저광 측정의 성공적인 캡처를 보여주었는데요. 모든 광자가 계산되는 과학적 응용 프로그램이지만, 대부분의 기존 전자 장치는 캡처된 광자와 탐지에 사용되는 센서 간의 원활한 상호 작용을 지원하지 않습니다. Hamamatsu는 이런 문제를 최신 ORCA-Quest 카메라로 해결했습니다.
Hamamatsu는 새로운 X-ray 식품 검사 카메라와 함께 ORCA-Quest 과학 카메라를 개발하면서 고성능, 저비용 요구 사항을 충족하기 위해 노력했습니다. Hamamatsu의 카메라는 기존 프로세서로 구현할 수 있는 광범위한 디지털 신호 처리(DSP)가 필요했습니다. 또한, 이러한 카메라는 센서가 생성한 상당한 데이터를 처리하기 위한 매우 높은 대역폭이 필요했습니다.
Hamamatsu는 다음과 같이 여러 이점을 제공하는 고유한 솔루션으로 인텔® FPGA를 선택했습니다. 1) 인텔 FPGA는 소프트웨어 기반 프로세서보다 훨씬 높은 성능을 낼 수 있는 풍부한 DSP 리소스로 구성되었습니다. 2) 인텔 FPGA는 또한 극심한 대역폭 요구 사항을 충족하기 위해 유연하고 구성할 수 있는 멀티 기가비트 트랜시버 I/O 뱅크를 갖추고 있었습니다. 3) FPGA 로직 패브릭의 유연성은 많은 시스템 기능을 단일 장치로 통합하여 비용, 인쇄 회로 기판(PCB) 공간 및 전력 소비를 줄였습니다.
ORCA-Quest 과학 카메라
과학 카메라는 물리학 및 생명 과학 응용 프로그램의 초저소음, 고감도 요구 사항을 충족합니다. 이 카메라는 종종 양자 컴퓨팅, 천문학 이미징, 세포 이미징, 약물 발견 응용에 사용됩니다. Hamamatsu는 20년의 연구 경험을 통해 새로운 ORCA-Quest qCMOS 과학 카메라를 개발했습니다. 이 카메라는 각 픽셀에 존재하는 광전자를 계산하는 광자 수 분석을 최초로 실현했습니다. 광자 수 분석은 소음 성능에 큰 영향을 받으므로 Hamamatsu는 0.27 전자 rms의 초저 판독 소음을 달성하기 위해 노력했습니다.
ORCA-Quest qCMOS는 우수한 저소음 성능 및 양적 측정 성능 외에도 다음과 같은 기능을 갖추고 있습니다:
- 높은 양자 효율성(475nm 시 90%)
- 고해상도(9.4메가픽셀)
- 고속 프레임 속도(120fps)
ORCA-Quest 시스템에서 인텔 FPGA는 고유한 이미지 처리를 수행하여 센서 내의 픽셀 변화를 수정하고 광전자와 관련된 출력 데이터를 각 픽셀에서 광자로 변환합니다. 이미지 센서는 최소 대기 시간으로 실시간으로 처리 및 전송을 요구하면서 18Gbps 이상의 속도로 데이터를 생성합니다.
인텔® Arria® 10 GX FPGA를 탑재한 ORCA-Quest
고성능 Hamamatsu 센서와 인텔® Arria® 10 GX FPGA에서 제공하는 고속 처리를 결합하여 ORCA-Quest는 초저 소음 성능과 광자 수 분석 모두를 실현할 수 있습니다.
비용과 성능 간의 균형을 맞추는 인텔 Arria 10 GX 선택하세요
센서 성능 극대화를 위한 이미지 처리 구현
- 풍부한 DSP, 메모리 리소스 및 HW 메모리 컨트롤러 활용도
- 실시간 18Gbps 데이터 이미지 처리
센서 제어 및 데이터 수집
- 인텔의 유연한 구성 가능 I/O 뱅크 및 LVDS SerDes IP 코어 활용
CoaXPress 인터페이스를 사용하여 데이터 전송
- 트랜시버 I/O(6.25Gbps x4) 활용
펌웨어 활용도
- Nios® II 임베디드 프로세서를 활용하여 로직 제어
X-ray 식품 검사 카메라
Hamamatsu의 새로운 X-ray 식품 검사 카메라는 Intel FPGA 기술을 활용합니다. 식품 검사 카메라는 일반적으로 식품 용기 내에서 금속, 유리, 플라스틱과 같은 이물질을 감지하는 데 사용됩니다. 또한 품질 검사 중에 식품 포장재의 일부가 손상되었는지, 금이 갔거나 잘렸는지 여부를 확인하는 데 사용됩니다.
일반적으로 식품 검사는 특정 두께의 저 대비 물체를 검사하는 고가의 전용 기계를 사용하거나 비용이 적게 드는 다른 용도의 X-ray 기계를 사용합니다. Hamamatsu는 이 두 가지 선택의 최고의 속성을 결합한 새로운 기계를 개발하여 경쟁력 있는 비용, 크기, 성능 및 생애주기를 창출했습니다.
Hamamatsu는 비용 대비 성능 균형을 달성하고 목표 사양을 맞추기 위해 식품 검사 시스템에 인텔® Arria® 10 GX와 인텔® Cyclone® 10 FPGA를 결합했습니다. Hamamatsu의 주요 우선순위는 데이터 수집 중 여러 센서를 제어하는 것으로 많은 구성 가능한 I/O 뱅크가 필요했습니다. 성능을 극대화하기 위해 그들은 신호 체인의 센서와 매우 밀접하게 이미지를 처리하려고 노력했습니다.
Hamamatsu는 메모리 컨트롤러, 상호 연결 IP 및 Nios® 소프트코어 32비트 프로세서를 포함하는 풍부한 인텔 FPGA IP 포트폴리오를 활용했습니다. 또한 최종 제품의 긴 수명 주기 때문에 제품 생애주기를 고려하는 데에도 중점을 두었습니다.
Photonics 요구 사항을 충족하는 FPGA
현대 기술은 지구상의 거의 모든 사람의 삶에 직간접적으로 영향을 미치면서 우리 사회를 빠르게 변화시키고 있습니다. 성능 향상을 위한 전 세계의 요구로 엔지니어링팀의 미래를 위한 설계는 현장에서 확장성과 유연성을 가능하게 합니다.
특히 포토닉스 분야에서 복잡한 신호 처리에는 절대 성능이 필요합니다. FPGA는 풍부한 맞춤형 로직 리소스, 구성 가능한 고성능 I/O 및 시스템 내 재구성 가능성을 제공하기 때문에 유연성과 빠른 출시 시간을 유지하면서 이러한 성능을 달성하는 것은 인텔 FPGA 기술에 매우 적합합니다.
장기 관계
Hamamatsu는 현장 연구, 제조 및 기타 유사한 사용 사례와 관련된 혹독한 환경을 견딜 수 있는 제품을 만듭니다. 제품을 개발하는 과정에서 회사는 인텔 및 Macnica와 같은 신뢰할 수 있는 파트너와 협력하는 경우가 많은데요. Hamamatsu는 긴 수명 주기의 고품질 FPGA를 생산해온 인텔의 역사를 감안하면 오랜 인텔 FPGA 사용자입니다. Hamamatsu는 Macnica가 하이터치 기술 및 상업적 지원을 제공하는 주요 파트너로 강력히 신뢰하고 있습니다.
추가 정보
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