5月20日,半導(dǎo)體公司賽靈思(XLNX.US)發(fā)布公告稱,將推出業(yè)界第一個20納米宇航級FPGA,為衛(wèi)星和空間應(yīng)用提供更優(yōu)秀的輻射耐受能力、超高數(shù)據(jù)吞吐量和帶寬性能。
全新的20 nm Radiation Tolerant KintexUltraScaleXQRKU060 FPGA將提供強(qiáng)大的在軌重配置,包括數(shù)字信號處理性能增加10倍,非常適合有效載荷應(yīng)用,并且在所有軌道上都具有完全的輻射耐受性。
該FPGA的獨(dú)特功能是它具有在軌中重配置以及其在太空進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)的能力。
宇航級FPGA的諸多挑戰(zhàn)
設(shè)計(jì)用于空間的FPGA并非易事。桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的David S. Lee認(rèn)為,電離輻射是對在太空中運(yùn)行的FPGA的最大威脅。此輻射的影響可能包括單事件閂鎖(SEL)、單事件翻轉(zhuǎn)(SEU)、單事件瞬態(tài)(SET)和總電離劑量(TID)。
Lee認(rèn)為,為了確?;赟RAM的FPGA在空間中的長期可靠性,設(shè)計(jì)者必須防止配置存儲器中的SEU。這可以通過"擦除"(或識別配置中的錯誤并對其進(jìn)行尋址)、糾錯碼(ECC)和三重模塊冗余來實(shí)現(xiàn)。
Xilinx XQRKU060
這些關(guān)于輻射的擔(dān)憂,在Xilinx公司新推出的20納米的太空型FPGA中直接得到了解決。
20nm宇航級FPGA的主要規(guī)格
XQRKU060包含2760個UltraScale DSP Slice,并提供多達(dá)1.6 TeraMAC的信號處理計(jì)算。該單元的32個高速SerDes收發(fā)器可分別運(yùn)行高達(dá)12.5 Gbps,以提供400 Gbps的總帶寬。
該芯片的密集型、高能效計(jì)算具有可擴(kuò)展精度和大型片上存儲器,擁有超高吞吐量和帶寬性能,針對深度學(xué)習(xí)優(yōu)化的INT8峰值性能將達(dá)到5.7 TOPS,相比上一代65nm芯片產(chǎn)品提升25倍。
XQRKU060芯片支持豐富的ML開發(fā)工具產(chǎn)品組合,支持TensorFlow、PyTorch等機(jī)器學(xué)習(xí)框架,適用于解決科學(xué)分析、物體檢測和圖像分類等各類機(jī)器學(xué)習(xí)問題。將機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)帶入了太空。
Xilinx的太空系統(tǒng)架構(gòu)師Minal Sawant解釋說:“憑借我們在開發(fā)領(lǐng)先的耐輻射技術(shù)并將其部署到可靠的太空級解決方案方面的悠久歷史,Xilinx通過推出全球最先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)來繼續(xù)其領(lǐng)先地位。”
可在軌重新配置
XQRKU060基于SRAM存儲器,因此不僅可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行硬件開發(fā)期間對其進(jìn)行重新編程,還可以在發(fā)射后進(jìn)行在軌編程。其他空間級的反熔絲FPGA只能配置一次,從而使原型設(shè)計(jì)和驗(yàn)證變得既昂貴又困難。
其他空間級FPGA部署后基本上會凍結(jié),而在軌道上任意次數(shù)重新配置XQRKU060的能力為運(yùn)營商提供了極大的靈活性。例如,可以隨時(shí)上傳新的和改進(jìn)的通信標(biāo)準(zhǔn),以提高系統(tǒng)性能。
XQRKU060處于活動狀態(tài)且正在使用中時(shí),可以實(shí)現(xiàn)重新編程。
部分重配置
這是通過部分重新配置實(shí)現(xiàn)的,該部分重新配置允許修改FPGA內(nèi)的特定區(qū)域,而不會影響在設(shè)備內(nèi)其他地方運(yùn)行的應(yīng)用。
波束成形技術(shù)
在之前關(guān)于海軍對光學(xué)波束形成感興趣的文章中,我們討論了低成本的LEO衛(wèi)星如何逐漸取代價(jià)值數(shù)百萬美元的地球同步航天器。這些太空飛行器的核心必須具備實(shí)現(xiàn)波束形成的能力,即改變無線電信號方向以適應(yīng)不斷變化的條件的能力。
XQRKU060的機(jī)載處理能力使衛(wèi)星運(yùn)營商可以進(jìn)行波束成形。此外,設(shè)備的可重新配置性使其能夠適應(yīng)不斷變化的調(diào)制和載波規(guī)范。
與前代產(chǎn)品的改進(jìn)
20 nm XQRKU060基于Xilinx的宇航級定位,其前代產(chǎn)品包括65 nm Virtex-5Q和90 nm Virtex-4QV。
三代Xilinx宇航級FPGA
與上一代Virtex-5QV相比,XQRKU060的邏輯單元增加了5倍。鏈路總帶寬由56.25G提高到400 Gbps。
衛(wèi)星技術(shù)的顛覆者?
衛(wèi)星系統(tǒng)正在迅速發(fā)展,逐漸從龐大、昂貴且不靈活的龐然大物演變成小型且高達(dá)靈活的設(shè)備。XQRKU060旨在提供可重編程性,抗輻射性和計(jì)算能力,以使其成為可能。
EETOP綜合整理自賽靈思、allaboutcircuits等
原文標(biāo)題:20納米宇航級FPGA,世界首款!可以在軌重配置,衛(wèi)星技術(shù)的顛覆者!
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