このケーススタディはXilinxによって書かれ、XilinxのWebサイトに掲載されたものです。
要約：
Liquid Instrumentsは、精密測定と重力波検出器の機器の専門知識を持つ実験物理学者とエンジニアのチームによって設立されました。同社は、科学者、エンジニア、学生、専門家がシームレスにデータを取得し、測定を実行し、実験を制御できるようにするテクノロジーを提供しています。
図 １:Liquid InstrumentsのMokuファミリーは研究者に単一のプラットフォームで複数の科学機器を提供する
概要
Liquid Instruments は、教育、中堅研究、ハイエンド研究という３つの異なる市場セグメントに対応する機能セットを備えたソフトウェア定義科学機器スイートを構築しています。同社のMoku製品ファミリーは、ユーザーが製品の機能を素早く変更できるソフトウェアとともに、単一のプラットフォームで複数の分析ツールを提供します。
Zynqプラットフォームのプログラマブルロジックを使用することで、ユーザーはデバイスを、オシロスコープ、波形発生器、周波数応答アナライザ、PIDコントローラ、データロガー、任意波形発生器、スペクトラムアナライザ、ロックインアンプ、位相計、レーザーロックボックス、デジタルフィルターボックス、FIRフィルタービルダーなど、１０種類以上の精密機器のいずれかに動的に再構成できます。
課題：
科学機器は高価です。研究室で１３の異なるパラメータの測定を行うには、１３の異なるツールが必要です。また、リモートで共同作業を行う研究者、エンジニア、学生が増えるにつれ、各人が仕事を行うために必要なツールを装備するためのコストが急速に膨らむ可能性があります。
Liquid Instrumentsはこの課題を認識し、ソフトウェア定義のハードウェアを使用して複数のツールを１つに統合し、テストと測定の方法を変えるソリューションを開発することを決めました。
解決法：
そのソリューションがMokuシリーズの科学機器です。XilinxのZynqプラットフォームを活用することで、ユーザーはツールを動的に再プログラムし、十数種類の定義済みテスト・測定ツールのいずれかとして機能させることができます。
Liquid Instruments は、最初の ２ つの製品、Moku:Go および Moku:Lab をザイリンクスの Zynq ７ シリーズ FPGA で構築し、最近最新製品である Moku:Pro を Zynq UltraScale+ MPSoC プラットフォームに移行しました。
Liquid Instrumentsのマーケティング担当VPのDoug Phillipsは、次のように語っています。「当社がXilinxを選んだ理由は、その性能と柔軟性、そしてArmアーキテクチャの高度な統合性にあります。」「この組み合わせにより、ソフトウェア定義計測をプラットフォームレベルで最大限に活用し、さまざまな市場セグメントに対応することができます。」
チーフ ソフトウェア アーキテクトの Ben Coughlanは、「Xilinxははるかに成熟しており、サポートツールとコミュニティの点でより大きなクリティカルマスを備えています。」と付け加えました。 「Xilinxのチームは、顧客に優れたソリューションを作成するために多くの難しい設計課題を乗り越えてきた当社の力になりました。」
Moku 製品は、物理学者、研究コミュニティ、学部教育を対象としています。 Moku ファミリの各メンバーは、ユーザーがデバイスの機能を迅速に変更できるようにする、事前定義された機器セットと使いやすいソフトウェアを提供します。
図2：Moku の直感的なソフトウェアインターフェイスにより、ユーザーは必要な機器に合わせてデバイスを簡単に設定できる。
Zynq UltraScale+ MPSoC が搭載されているため、Moku:Pro は無線アップデートを受信して、改良された仕様、新しい計測器、またはまったく新しい機能を提供できます。 Liquid Instruments は、Moku:Pro に複数の機器を相互に連携させて実行したり、機器をホットスワップしたりできる機能を間もなくリリースする予定です。同社はまた、ユーザーがFPGAを直接プログラムできるようにする新しいクラウドベースのツールをリリースする予定で、これにより独自の信号処理アルゴリズムを実装し、独自のカスタム計測器を作成できるようになります。
Zynq UltraScale+™ デバイスは、グラフィックス、ビデオ、波形、パケット処理用のソフトエンジンとハードエンジンとリアルタイム制御を組み合わせながら、６４ビットプロセッサの拡張性を提供します。そのハードウェア アクセラレーション機能は、ユーザーが FPGA を即座に再構成して別のタスクを実行できるようにする Dynamic Function Exchange (DFx) など、多くの機能を統合するのに十分な処理能力を提供します。
「Moku:Lab の設計を開始したとき、DFx はまったく注目されていませんでしたが、これは間違いなく今後 Zynq UltraScale+ ファミリに移行する決定の要因となった嬉しい偶然でした。」とCoughlanは述べています。
結果：
現在、Liquid Instruments は固定機能デバイスを提供する数社と競合していますが、同レベルの統合やパフォーマンスを提供する企業は他にないとPhillipsは述べています。
また、彼は次のように語っています。「顧客は当社のツールで最先端の研究を構築しており、そのほとんどが当社の製品でできることの多さに喜び、驚いています。」「プラットフォームに載せるツールに制限はありません。私たちが制限されるのは、市場とアイデアだけです」。
Coughlanは次のように付け加えました。「Xilinxとの提携には非常に満足しています。私たちはZynqを想像以上に活用し、システム設計の面でもUltraScale+をかなり改善しています。どちらの製品も私たちの期待を上回り続けています。」
その他のリソース：
Xilinxの Zynq UltraScale+ MPSoC の詳細
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