12-2019

Bauelemente
Schnelle Datenverarbeitung in Raumfahrzeugen
Stromsparende,
strahlungstolerante
FPGAs ermöglichen
Raumfahrtsysteme
mit hoher Bandbreite
und geringeren
Gesamtsystemkosten
Microchip stellte die RT-Polar-
Fire-FPGAs vor, die für höchste
Anforderungen an die schnelle
Datenverarbeitung in Raumfahrzeugen
mit geringstmöglichem
Stromverbrauch und minimaler
Wärmeentwicklung ausgelegt
sind.
Entwickler von Raumfahrtelektronik
verwenden strahlungstolerante
(RT, Radiation
Tolerant) FPGAs, um Onboard-
Systeme zu erstellen, die die
hohen Leistungsanforderungen
zukünftiger Weltraummissionen
erfüllen, den widrigen Raketenstart
überstehen und auch in
der rauen Umgebung des Weltraums
zuverlässig funktionieren.
Microchip hat sein RT-FPGA-
Angebot erweitert, um diese
Funktionen auch für neue, hochleistungsfähige
Weltraumanwendungen
bereitzustellen.
Immer mehr Weltraumanwendungen
benötigen eine höhere
Rechenleistung, damit sie verarbeitete
Informationen anstelle
von Rohdaten übertragen und die
begrenzte Downlink-Bandbreite
optimal nutzen können. Die RT
PolarFire FPGAs ermöglichen
dies zu erheblich geringeren
Kosten und mit schnelleren
Entwicklungszyklen als mit
ASICs. Im Vergleich zu FPGAs
mit SRAM verringert sich der
Stromverbrauch erheblich, und
die Anfälligkeit für strahlungsinduzierte
Konfigurationsstörungen
erübrigt sich. Die RT-
PolarFire-FPGAs werden mit
allen erforderlichen Strahlungsdaten,
Spezifikationen, Gehäusedetails
und Tools unterstützt, die
Kunden benötigen, um mit neuen
Designs zu beginnen – zunächst
mit der kommerziellen Version
der Bausteine. Die RT-PolarFire-
FPGAs bauen auf dem Erfolg der
RTG4-FPGAs von Microchip
auf, die häufig in Weltraumanwendungen
zum Einsatz kommen,
wenn Strahlungsfestigkeit
gegen Single Event Upsets
(SEUs) und damit verbundene
Immunität gegen Single Event
Latch-ups (SELs) und Konfigurationsstörungen
gefordert ist.
Für Weltraumanwendungen, die
den fünffachen Datendurchsatz
erfordern, bieten die RT-Polar-
Fire-FPGAs 50 % mehr Leistungsfähigkeit,
die dreifache
Anzahl von Logikelementen und
die dreifache SerDes-Bandbreite
(Serialiser-Deserialiser). Sie bieten
außerdem die sechsfache
Menge an Embedded-SRAM,
um mit FPGAs eine höhere
Systemkomplexität als bisher zu
erzielen. Sie widerstehen einer
TID (Total Ionizing Dose) über
100 Kilorad (kRad), wie sie für
die meisten erdumlaufenden
Satelliten und viele Deep-Space-
Missionen typisch ist.
Die RT-PolarFire-FPGAs reduzieren
den Stromverbrauch auf
etwa die Hälfte des Stromverbrauchs
alternativer SRAMbasierter
FPGAs bei gleicher
Dichte und Leistungsfähigkeit.
Die nichtflüchtige (NV, nonvolatile)
SONOS-Technik ermöglicht
die Umsetzung der
Konfigurationsschalter in einer
energieeffizienteren Architektur,
die durch ein vereinfachtes,
kostengünstigeres Design der
Power-Management-Schaltkreise
Entwicklungs- und Materialkosten
einspart und gleichzeitig
die Wärmeentwicklung
minimiert, was wiederum das
Wärmemanagement vereinfacht.
Das Design vereinfacht sich im
Vergleich zu SRAM-basierten
FPGAs, da sich mit den RT-
PolarFire-FPGAs die Kosten,
die Komplexität und die Ausfallzeiten
bei der Wiederherstellung
nach Konfigurations-SEUs
verringern lassen.
Die RT-PolarFire-FPGAs durchlaufen
den Standardprozess zur
Einhaltung der QML-Standards,
einschließlich Klasse-V-Qualifikation
für kritische Anwendungen.
Microchip verfügt über
langjährige Erfahrung, die QML-
Qualifikation für seine RTG4-
FPGAs und andere Produkte zu
erhalten, für die umfangreiche
und kontinuierliche Tests erforderlich
sind, einschließlich der
Überprüfung jedes Wafers und
jeder Baugruppe.
Die RT-PolarFire-FPGAs
RTPF500T werden im hermetisch
versiegelten CCGA-
Gehäuse (Ceramic Column Grid
Array) mit integrierten Entkopplungskondensatoren
geliefert
und sind ab 2021 für den Einsatz
im Weltraum qualifiziert.
Kunden können Designs jetzt
mit den kommerziellen Polar-
Fire-FPGAs MPF500T und
dem Libero-Softwaretool von
Microchip beginnen, das optional
die TMR-Synthese (Triple-
Mode-Redundanz) für die SEU-
Abschwächung unterstützt, z.B.
in Steuerungen. Entwicklungs-
Boards sind mit den kommerziellen
PolarFire-FPGAs erhältlich
und werden später den RT-
PolarFire-FPGA in Form eines
technischen Modells enthalten.
Die verfügbaren Strahlungsdaten
umfassen TID, SEL, Konfigurationsstörungen
sowie Störungen
im ungeschützten D-Flip-Flop
(DFF) und Speicher.
Wesentliche
Leistungsmerkmale:
• für On-Orbit-Datenverarbeitung
mit hohem Durchsatz,
die den Strahlungseinflüssen
im Weltraum standhält
• stromsparende FPGAs für
niedrigere Kosten und schnellere
Entwicklungszyklen als
ASICs
• mehr Leistungsfähigkeit,
Logikelemente und SerDes-
Bandbreite im Vergleich zu
Standard-FPGAs
• handhabt Single-Event Upsets
und bietet Immunität gegen
Single-Event Latch-Ups
■ Microchip GmbH
www.microchip.de
hf-praxis 12/2019 41