Microchip PolarFire® FPGA 人形機器人解決方案

隨著人工智慧演進至「實體人工智慧（Physical AI）」，人形機器人正成為推動技術採用的主要力量。作為最複雜的機器人平台之一，人形機器人需要在安全性、自主性、馬達控制與邊緣智慧上達到嚴格標準。Microchip 的 PolarFire® FPGA 透過並行處理能力與確定性延遲，為這些高難度系統提供了理想的解答。

核心應用挑戰：手部與頭部

人形機器人的設計難點主要集中在兩個高精密子系統：

• 靈巧手部（機器人手）： 需要極致的靈巧性與感知能力。每隻手通常包含 20 多個馬達（每個關節一個）以及各類觸覺感測器（壓力、熱能等）。這要求在緊湊空間內實現即時精準控制與熱管理。
• 智慧頭部： 必須整合多鏡頭視覺、深度感知、IMU 與音訊等多個高頻寬感測器，執行導航與臉部互動，需要強大的感測器融合能力。

PolarFire® FPGA 的三大關鍵優勢

1. 即時運動與感測器控制 (Real-Time Control)

PolarFire FPGA 能夠支援 1 µs 的控制迴路，理論上可驅動多達 40 個馬達（以 25MHz 運作）。

• 高並行性： 透過 FPGA 基礎的 BLDC FOC 控制與 GPU 橋接，可並行執行多馬達迴路，解決了標準產品無法擴展的瓶頸。
• 同步性： 利用乙太網路/時間敏感網路（TSN）實現跨關節與肢體的精確同步。

2. 視覺與感知橋接 (Vision and Perception)

在視覺處理領域，PolarFire FPGA 扮演了關鍵的感測器橋樑角色：

• 高速介面： 支援 SLVS-EC 等高速相機介面，可處理高達 40 Gbps 的影像數據。
• NVIDIA 整合： 提供 PolarFire-NVIDIA 乙太網路感測器橋接，將 FPGA 的感測與控制網路連接至 NVIDIA® AI 運算平台（如 Jetson®），為 AI 決策層提供低抖動、確定性的數據路徑。

3. 優異的熱管理 (Thermal Considerations)

散熱是人形機器人設計的關鍵。PolarFire FPGA 無需風扇與散熱片 即可運作，這使其能夠安裝在密封的關節、軀幹或頭部組件內，不僅節省空間，還能維持機器的熱平衡，提升長時間運行的可靠性。

解決方案亮點

• 智慧嵌入式視覺： 具備 MIPI-CSI2 介面，支援即時影像深度處理、物件追蹤與手勢識別。
• 時間敏感網路 (TSN)： 提供 1G TSN 端點 IP，確保平衡與反應控制的精確時序協調。
• 參考案例： 針對 20 自由度（DoF）的靈巧手部操作，透過統一的乙太網路鏈路整合觸覺感測、馬達控制及力矩/位置反饋。

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