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Dieser Artikel ist Teil einer ausführlichen Anleitung dazu, wie wir mit Quilters physikgestützter Layout-Automatisierung einen Computer auf Basis des NXP i.MX 8M Mini nachgebaut haben.
Project Speedrun ist unsere Herausforderung, mit unserer physikgestützten KI so schnell wie möglich einen vollständigen Computer zu entwerfen. Diese Blogserie dokumentiert die Entwicklung des Systems und die technischen Entscheidungen dahinter. Beginnen Sie mit dem Überblick zu Project Speedrun und seinen Ergebnissen.
Die hier eingesetzte i.MX-8M-Mini-Plattform gehört zur gleichen Platinenklasse wie Systeme in Automobilen, der Luft- und Raumfahrt, industriellen Steuerungen und sicherheitskritischen Produkten. Damit eignet sie sich ideal, um zu prüfen, ob eine physikgestützte KI zuverlässige Hardware liefern kann.
Die von Quilter entworfenen Project-Speedrun-Platinen benötigten nur 38.5 Stunden manuellen Feinschliff statt der für ein vollständig manuelles Layout veranschlagten 428 Stunden. Entscheidend ist, was danach geschah: Sowohl das SOM als auch die Basisplatine kamen aus der Fertigung, ließen sich sofort einschalten, konfigurierten DDR, erweiterten eMMC und bewältigten vollständige Systemlasten – mit der ersten Platinenrevision.
Einschalten: Der Moment der Wahrheit
Beim Einschalten zeigen sich die meisten elektrischen Fehler. Und ehrlich gesagt ist das der Moment, vor dem Ingenieure am nervösesten sind und auf den sie sich am meisten freuen.
Kaum waren die Platinen von Sierra angekommen, wollten wir sie in Betrieb sehen. Die Basisplatinen hatten wir bereits mit dem nachweislich funktionierenden NXP-EVK-SOM validiert. Ben öffnete die Schachtel in Google Meet und richtete die Kamera auf die Werkbank seines Garagenlabors, während er das System einschaltete. Es war wie am Weihnachtsmorgen: Bestückte SOMs und Basisplatinen lagen über den Schreibtisch verstreut, Antistatikbeutel auf dem Boden des coolsten Garagenlabors, das man je gesehen hat.
Bei dieser Sitzung, mit den allerersten Platinen direkt aus der Schachtel:
- Passten SOM und Basisplatine problemlos zusammen.
- Gab es beim Einschalten weder Rauch noch Kurzschlüsse oder Spannungseinbrüche.
- Wechselte der SoC beim ersten Versuch in den USB-Downloadmodus.
- Wurde die Platine über USB erkannt und nahm sofort einen Flash-Befehl an.
Zwei Ingenieure waren zu ungeduldig, um auf eine ausgefeilte Demo zu warten: Sie öffneten Schachteln und steckten Platinen zusammen – und die Hardware funktionierte einfach! Das ist bedeutsam, denn erfolgreiches Einschalten mehrerer Exemplare unter realen Bedingungen bestätigt, dass Stromversorgungsnetz, Hochstrompfade, Entkopplungskonzept und Einschaltsequenz dem normalen Entwicklungsalltag standhalten, nicht nur idealisierten Laborbedingungen.
Validierung der Bootkette (Läuft das System?)
Einem Compiler vertraut man erst, wenn das erzeugte Programm korrekt läuft. Das gilt auch hier: Das Layout eines eingebetteten Computers wird erst glaubwürdig, wenn er bootet und echte Software ausführt.
Flashen über USB (uuu)
Zuerst übertrugen wir ein vollständiges Linux-Image per USB 2.0 an den SoC und schrieben es mit der Universal Update Utility (UUU) auf den eMMC-Speicher. Damit prüften wir den USB-PHY, das Reset-Verhalten und die Stabilität des Stromversorgungsnetzes. Die Übertragung blieb durchgehend fehlerfrei: keine Verbindungsabbrüche und keine Wiederholungsversuche.
Erster Systemstart
Der Wechsel zum normalen Bootmodus ergab einen sauberen Ablauf:
- U-Boot startete sofort.
- LPDDR4 wurde erkannt und die Verbindung mit der vollen Geschwindigkeit von 3GT/s aufgebaut.
- QSPI und eMMC wurden normal initialisiert.
- Linux startete ohne Warnungen.
Anmeldung und Erweiterung des Dateisystems
Das System zeigte eine Anmeldeaufforderung, akzeptierte die Zugangsdaten und erweiterte das Root-Dateisystem vollständig auf den 32 GB großen eMMC-Speicher, ohne Timing- oder E/A-Fehler. Das bestätigte ein stabiles Speicher-Routing und demonstrierte einen erfolgreichen, unbeaufsichtigten Start, der sofort eine grundlegende Zuverlässigkeit belegte.
Verhalten von LPDDR4 beim Systemstart
LPDDR4 deckt Signalintegritätsprobleme zuverlässiger auf als jede andere Schnittstelle. Dass dies bei der ersten Platinenrevision gelingt, ist keineswegs selbstverständlich.
Die Entzerrungs- und Link-Tuning-Algorithmen des LPDDR4-Hostcontrollers können kleine Unzulänglichkeiten ausgleichen, aber kein grundsätzlich fehlerhaftes Routing retten. Das saubere DDR-Training – sofortige Erkennung, Abschluss ohne Rückfallmodus und Übergabe an Linux ohne Warnungen – entsprach dem erwarteten Verhalten. Es deutet darauf hin, dass Timing, Impedanz und Via-Verhalten des Speicherkanals innerhalb der Signalintegritätsreserven des Systems lagen.
Vollständige Systemintegration unter Last
Dass Teilsysteme einzeln funktionieren, ist notwendig, reicht aber nicht aus. Die eigentliche Validierung erfolgt, wenn CPU, DDR, GPU, E/A und Stromversorgungsnetz gemeinsam arbeiten.
Bei der Inbetriebnahme verarbeitete das System gleichzeitig:
- CSI-Kameraeingang
- LPDDR4-Pufferung
- 1080p-DSI/HDMI-Ausgabe
- SSH über Gigabit-Ethernet, USB/COM
- Interaktive Bedienung der grafischen Oberfläche
Das System blieb stabil. Keine Resets, keine Drosselung, keine Pufferunterläufe und keine Netzwerkstillstände. Dabei handelte es sich nicht um einfache Funktionstests, sondern um Belastungssituationen unter realistischer Last – genau die Szenarien, die typischerweise Schwächen bei den Reserven des Stromversorgungsnetzes, der Signalintegrität oder dem Timing des Speichercontrollers aufdecken.
Validierung von Hochgeschwindigkeitsschnittstellen und realen Arbeitslasten auf Systemebene
Jede der folgenden Arbeitslasten wird in einer Registerkartenansicht mit zugehörigem Video oder Protokoll dargestellt. Zusammen demonstrieren diese Szenarien die elektrische Korrektheit und Systemstabilität im realistischen Einsatz.
Konsistenz über mehrere Platinen hinweg
Mehrere SOMs und Basisplatinen verhielten sich bei der Inbetriebnahme konsistent. Wir verstehen dies als Hinweis darauf, dass der Entwurf selbst korrekt ist und nicht nur ein außergewöhnlich gutes Exemplar zufällig funktioniert. Flashen, Einschalten und die frühen Protokolle stimmten über die Exemplare hinweg überein.
Noch ausstehende Validierung & weitere Arbeiten
Der Speedrun-Computer hat die Inbetriebnahme und reale Arbeitslasten bestanden. Eine vollständige Validierung auf Produktebene geht jedoch weiter:
- PCIe-Link-Training und Durchsatz
- Erweiterte Charakterisierung von Temperatur und Leistungsaufnahme
- EMI/EMV-Messungen
- Bestimmung der Signalintegritätsreserven bei hohen Geschwindigkeiten
- Langzeit-Zuverlässigkeitsprüfungen
- Analyse der Exemplarstreuung in größeren Fertigungslosen
Diese Schritte sind die natürliche Fortsetzung für Teams, die unternehmenskritische Einsätze vorbereiten.
Erfolg mit der ersten Platinenrevision bestätigt die Möglichkeiten der Automatisierung
Der Speedrun-Computer demonstriert, dass Quilter komplexe, schnelle Mixed-Signal-Designs bewältigen kann, dass die Zeitersparnis in der Praxis Bestand hat und dass die resultierende Hardware realen Arbeitslasten standhält. Wir haben Verbesserungsmöglichkeiten identifiziert – Signalintegritätsreserven, PCIe-Charakterisierung und langfristige Zuverlässigkeit –, doch keine davon verhinderte Fertigung oder Inbetriebnahme.
Mit Quilter können Teams aus einem vierteljährlichen Entwicklungszyklus eine wöchentliche Folge von Experimenten, Erkenntnissen und Fortschritten machen.
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