光子學時代
我們目前經歷技術革命。工業 4.0 技術，包括人工智慧（AI）、邊緣到雲端、5G 和物聯網（IoT）共同產生大量資料，需要精確擷取、處理及分析。光子學領域（即研究人員探索光的特性與應用的領域）以傳輸資訊為目標，提供可行的解決方案，處理這類資料需求。
其實，光電元件有時比電子元件更具優勢，而獲得廣泛應用，加以重用於通訊、醫學、天體物理學、運算等應用領域。更精確地說，光纖通訊、藥物開發、基因分析和量子運算都可以看到光電元件的應用。
「每一粒光子都很重要」
Hamamatsu Photonics 成立於1953 年，是光學技術的領導者。他們的產品廣泛應用於工業和科學領域，對這些領域而言，效能、敏感度和準確度至關重要。常見的 Hamamatsu 產品包括光電倍增管、影像裝置、光源、光電半導體、影像系統及分析系統。
他們最近成功擷取超低光測量，以工程觀點而言是極具挑戰的創舉。雖然光子領域有許多科學應用實例，但多數傳統電子裝置無法讓擷取的光子與偵測感應器順暢交互作用。Hamamatsu 利用最新的 ORCA-Quest 攝影機解決這項難題。
Hamamatsu 開發的 ORCA-Quest 科學攝影機與全新 X 光食品檢驗攝影機，可滿足高效能且低成本的要求。Hamamatsu 的攝影機需要進行大量的數位訊號處理（DSP），而且可透過傳統處理器實作。但這些攝影機需要極高的頻寬，才能處理感應器產生的大量資料。
Hamamatsu 採用 Intel® FPGA，實現有多種優勢的獨特解決方案：1. Intel FPGA 有豐富的 DSP 資源，效能是軟體處理器的數倍。2. Intel FPGA 有靈活、可設定的 multi-gigabit 收發器 I/O 組，可滿足極端的頻寬需求。3. FPGA 邏輯結構十分靈活，可整合許多系統功能至單一裝置，並降低成本、減少印刷電路板（PCB）空間和耗電量。
ORCA-Quest 科學攝影機
科學攝影機可滿足物理學和生命科學應用領域所需的超低雜訊和高敏感度，並常應用於量子運算、天文影像、細胞影像和藥物開發等。Hamamatsu 運用 30 年的研究經驗，開發全新的 ORCA-Quest qCMOS 科學攝影機。這部攝影機率先實現光子數解析，可計算每個像素存在的光電子。鑑於雜訊嚴重影響光子數解析，Hamamatsu 努力實現 0.27 electrons rms 的超低輸出雜訊。
除了卓越的低雜訊表現與量化測量功能，ORCA-Quest qCMOS 還有以下功能：
- 高量子效率（475 nm 時為 90%）
- 高解析度（9.4 百萬像素）
- 高速幀率（120 fps）
在 ORCA-Quest 系統中，Intel® FPGA 執行獨特的影像處理，修正感應器的像素變化，同時轉換光電子每個像素的輸出資料為光子。請注意，影像感應器產生資料的速度超過 18 Gbps，而且要以最低延遲即時處理與傳輸資料。
採用 Intel® Arria® 10® GX FPGA 的 ORCA-Quest
Intel® Arria® 10 GX FPGA 提供高效能的 Hamamatsu 感應器與高速處理能力，所以 ORCA-Quest 可實現超低雜訊效能和光子數解析。
選擇 Intel Arria 10 GX 成本與效能兼得
實作影像處理發揮感應器效能到極致
- 善用豐富的 DSP、記憶體資源、HW 記憶體控制器
- 18 Gbps 資料的即時影像處理
感應器控制與資料擷取
- 利用 Intel 靈活的可設定 I/O 組與 LVDS SerDes IP 核心
使用 CoaXPress 界面傳輸資料
- 利用收發器 I/O（6.25 Gbps x4）
韌體使用率
- 利用 Nios® II 嵌入式處理器控制邏輯
X 光食品檢驗攝影機
Hamamatsu 全新的 X 光食品檢驗攝影機也利用 Intel FPGA 技術。食品檢驗攝影機一般用於偵測食品容器中的異物，如金屬、玻璃、塑膠等。此外，檢驗食品品質時，食品檢驗攝影機會用來確認食品包裝是否有任何部分破損或碎裂。
食品檢驗一般使用昂貴的專用機器檢驗特定厚度的低對比物體，或是成本相對低的 X 光機，再變更用途。Hamamatsu 開發的新機器綜合兩者的長處，並提供有競爭優勢的成本、尺寸、效能和生命週期。
為實現成本效益平衡且符合目標規格，Hamamatsu 在食品檢驗系統採用了 Intel® Arria® 10 GX 與Intel® Cyclone® 10 FPGA。他們的優先要務是在擷取資料時控制多個感應器，所以需要多個可設定的 I/O 組。為徹底發揮效能，他們試著就近在訊號鏈的感應器處理影像。
Hamamatsu 利用豐富的 Intel FPGA IP 產品組合（包括記憶體控制器、互連 IP 和 Nios® softcore 32 位元處理器），並考慮到產品生命週期，鑑於終端產品的生命週期較長。
FPGA 能滿足光子學的需求
現代技術正迅速改變社會，直接或間接影響全球大眾的生活。全球對效能提升的需求有待工程團隊的前瞻設計，實現現場需要的擴充性和靈活性。
尤其是光子學領域，複雜的訊號處理需要極致效能。而 Intel FPGA 技術最適合實現極致效能，同時保持靈活和快速上市，因為 FPGA 提供豐富的自訂邏輯資源、可設定的高效能 I/O 和系統內重新設定能力。
長期合作關係
Hamamatsu 打造的產品能承受現場研究、製造和其他類似使用案例的惡劣環境。在產品開發過程中，公司會與 Intel 和 Macnica 等值得信賴的合作夥伴合作。Hamamatsu 是 Intel FPGA 的長期使用者，因為 Intel 持續生產高品質且生命週期長的 FPGA。Hamamatsu 信任 Macnica 作為提供高科技個性化技術與商業支援的重要夥伴。
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