賽靈思發布首顆20nm空間級抗輻射 FPGA

日前，賽靈思（Xilinx）發布公告稱，將推出業界第一款20納米（nm）空間級Kintex®UltraScale™可編程門陣列（FPGA）芯片XQRKU060，取代以前使用的65nm工藝，將工藝節點大幅推進了三代。

現代 FGPA不僅僅是工程師可以隨意定制的計算應用實時可編程芯片，而成為了智能的、適應性極強的處理引擎了，這樣的處理引擎對于新興的機器學習和 5G 無線基礎設施市場至關重要，主要原因是這些領域的發展和創新速度太快。

其他依靠 FPGA 技術推動創新的市場包括太空和衛星應用，但這兩個領域在環境方面的要求則更嚴苛。

盡管多家半導體 OEM 廠商已經在 7nm節點上推出了產品，而賽靈思的新FPGA 采用的主力 20nm工藝聽起來像是過氣的技術。但實際上在太空方面，20nm 工藝相當先進的，因為太空級半導體芯片需具耐輻射性，必須使用高度可靠且經過驗證的芯片制造技術。簡而言之，太空級部件不能夠出故障、需要承受沖擊、振動和輻射，同時體積要小包裝要輕便，而且又要能提供高水平的計算和 AI（人工智能）處理能力。

和前兩代空間級產品性能對比

賽靈思在公告中表示，該款FPGA為衛星和太空應用提供更優秀的輻射耐受能力（Radiation Tolerant），還將提供強大的在軌（on-orbit）重配置，包括數字信號處理性能增加10倍，非常適合有效載荷應用，并且在所有軌道上都具有完全的輻射耐受性。

輻射承受能力

XQRKU060首次將高性能機器學習（ML）帶入了太空，可為太空中的實時機載處理提供神經網絡推理加速。該芯片的密集型、高能效計算具有可擴展精度和大型片上存儲器，擁有超高吞吐量和帶寬性能，針對深度學習優化的INT8峰值性能將達到5.7 TOPS，相比上一代65nm芯片產品提升25倍。

XQRKU060的機器學習功能適用于解決各種問題，包括科學分析、對象檢測和圖像分類（例如云檢測），可以提高處理效率并減少空間和地面決策延遲。與此同時，它還支持包括TensorFlow和PyTorch在內的機器學習開發工具。

此外，該芯片配備了2760個UltraScale DSP Slice，數字信號處理（DSP）性能高達1.6 TeraMAC，較上一代產品提升10倍以上，并且為浮點計算提供了顯著的效率提升?？臻g計算能力的提高與32個12.5 Gbps SerDes鏈路配合使用，提供400Gbps的總帶寬。

相較上一代65nm芯片，XQRKU060顯著減少了尺寸、重量和功率，非常適合高帶寬有效載荷應用，在所有軌道上都具有完全的輻射耐受性，并具有衛星和太空應用的容錯性，可應對惡劣的太空環境中的短時任務和長時間任務。

據悉，這是業界唯一真正的無限在軌可重構解決方案。隨著協議和應用程序的不斷變化，XQRKU060的自適應計算體系架構使其可根據實際應用需求，無限制地實現在軌重新配置，從而使得客戶能夠在發射之前以及在軌道上部署產品后進行最新的產品更新。

軌道上的可重構功能、實時的機載處理和ML加速功能，使衛星能夠實時更新、按需提供視頻并“實時”計算以執行復雜算法，提高處理效率并減少空間和地面決策延遲。

XQRKU060還具有堅固的40x40mm陶瓷封裝，能夠承受發射過程中的振動和處理以及惡劣軌道環境中的輻射效應。

該架構采用創新的設計來減輕單一事件效應（SEE），從而滿足所有軌道的行業要求，包括低地球軌道（LEO）、中地球軌道（MEO）、地球同步軌道（GEO）和深空飛行任務。

XQRKU060 FPGA可以使用賽靈思的最新更新的Vivado Design Suite在軌道上編程，這有助于消除布線擁塞，確保將90％的芯片處理能力專用于分配給它的任務，而不會降低性能。

借助Vivado，系統設計人員和輻射團隊可以最大限度地提高生產率并減少開發時間。

此外，賽靈思Vitis統一軟件平臺還支持具有三重模塊冗余（TMR）功能的MicroBlaze軟處理器上的嵌入式軟件開發。未來的擴展將增加對Vitis AI支持，Vitis AI可在賽靈思設備和生產卡上進行AI推理。

XQRKU060兼容解決方案的合作伙伴生態系統現已上市，提供包括原型開發板、符合空間要求的電源，內存和配置解決方案以及單一事件干擾（SEU）緩解工具和IP在內的一系列資產。

賽靈思表示，20nm耐受性（RT）Kintex UltraScale空間級XQRKU060-1CNA1509 FPGA的機械樣品和原型單元現已上市，飛行元件將于今年 9 月下旬在 MIL-PRF-38535 規格設備里提供。

責編：Luffy Liu

本文綜合自賽靈思新聞報道