5月20日，半導體公司賽靈思（XLNX.US）發布公告稱，將推出業界第一個20納米宇航級FPGA，為衛星和空間應用提供更優秀的輻射耐受能力、超高數據吞吐量和帶寬性能。

全新的20 nm Radiation Tolerant KintexUltraScaleXQRKU060 FPGA將提供強大的在軌重配置，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。

該FPGA的獨特功能是它具有在軌中重配置以及其在太空進行機器學習的能力。

宇航級FPGA的諸多挑戰

設計用于空間的FPGA并非易事。桑迪亞國家實驗室的David S. Lee認為，電離輻射是對在太空中運行的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（SEU）、單事件瞬態（SET）和總電離劑量（TID）。

Lee認為，為了確保基于SRAM的FPGA在空間中的長期可靠性，設計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行尋址)、糾錯碼(ECC)和三重模塊冗余來實現。

Xilinx XQRKU060

這些關于輻射的擔憂，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的主要規格

XQRKU060包含2760個UltraScale DSP Slice，并提供多達1.6 TeraMAC的信號處理計算。該單元的32個高速SerDes收發器可分別運行高達12.5 Gbps，以提供400 Gbps的總帶寬。

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芯片支持豐富的ML開發工具產品組合，支持TensorFlow、PyTorch等機器學習框架，適用于解決科學分析、物體檢測和圖像分類等各類機器學習問題。將機器學習（ML）帶入了太空。

RT Kintex UltraScale架構

Xilinx的太空系統架構師Minal Sawant解釋說：“憑借我們在開發領先的耐輻射技術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的工藝節點來繼續其領先地位。”

可在軌重新配置

XQRKU060基于SRAM存儲器，因此不僅可以在實驗室進行硬件開發期間對其進行重新編程，還可以在發射后進行在軌編程。其他空間級的反熔絲FPGA只能配置一次，從而使原型設計和驗證變得既昂貴又困難。

其他空間級FPGA部署后基本上會凍結，而在軌道上任意次數重新配置XQRKU060的能力為運營商提供了極大的靈活性。例如，可以隨時上傳新的和改進的通信標準，以提高系統性能。

XQRKU060處于活動狀態且正在使用中時，可以實現重新編程。

部分重配置

這是通過部分重新配置實現的，該部分重新配置允許修改FPGA內的特定區域，而不會影響在設備內其他地方運行的應用。

波束成形技術

在之前關于海軍對光學波束形成感興趣的文章中，我們討論了低成本的LEO衛星如何逐漸取代價值數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現波束形成的能力，即改變無線電信號方向以適應不斷變化的條件的能力。

XQRKU060的機載處理能力使衛星運營商可以進行波束成形。此外，設備的可重新配置性使其能夠適應不斷變化的調制和載波規范。

與前代產品的改進

20 nm XQRKU060基于Xilinx的宇航級定位，其前代產品包括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。

衛星技術的顛覆者？

衛星系統正在迅速發展，逐漸從龐大、昂貴且不靈活的龐然大物演變成小型且高達靈活的設備。XQRKU060旨在提供可重編程性，抗輻射性和計算能力，以使其成為可能。

審核編輯 ：李倩