赛灵思发布首颗20nm空间级抗辐射 FPGA

shuszhao · 发表于 2020-5-23 16:14:22

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日前，赛灵思（Xilinx）发布公告称，将推出业界第一款20纳米（nm）空间级Kintex®UltraScale™可编程门阵列（FPGA）芯片XQRKU060，取代以前使用的65nm工艺，将工艺节点大幅推进了三代。

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现代 FGPA不仅仅是工程师可以随意定制的计算应用实时可编程芯片，而成为了智能的、适应性极强的处理引擎了，这样的处理引擎对于新兴的机器学习和 5G 无线基础设施市场至关重要，主要原因是这些领域的发展和创新速度太快。

其他依靠 FPGA 技术推动创新的市场包括太空和卫星应用，但这两个领域在环境方面的要求则更严苛。

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尽管多家半导体 OEM 厂商已经在 7nm节点上推出了产品，而赛灵思的新FPGA 采用的主力 20nm工艺听起来像是过气的技术。但实际上在太空方面，20nm 工艺相当先进的，因为太空级半导体芯片需具耐辐射性，必须使用高度可靠且经过验证的芯片制造技术。简而言之，太空级部件不能够出故障、需要承受冲击、振动和辐射，同时体积要小包装要轻便，而且又要能提供高水平的计算和 AI（人工智能）处理能力。

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和前两代空间级产品性能对比

赛灵思在公告中表示，该款FPGA为卫星和太空应用提供更优秀的辐射耐受能力（Radiation Tolerant），还将提供强大的在轨（on-orbit）重配置，包括数字信号处理性能增加10倍，非常适合有效载荷应用，并且在所有轨道上都具有完全的辐射耐受性。

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辐射承受能力

XQRKU060首次将高性能机器学习（ML）带入了太空，可为太空中的实时机载处理提供神经网络推理加速。该芯片的密集型、高能效计算具有可扩展精度和大型片上存储器，拥有超高吞吐量和带宽性能，针对深度学习优化的INT8峰值性能将达到5.7 TOPS，相比上一代65nm芯片产品提升25倍。
XQRKU060的机器学习功能适用于解决各种问题，包括科学分析、对象检测和图像分类（例如云检测），可以提高处理效率并减少空间和地面决策延迟。与此同时，它还支持包括TensorFlow和PyTorch在内的机器学习开发工具。
此外，该芯片配备了2760个UltraScale DSP Slice，数字信号处理（DSP）性能高达1.6 TeraMAC，较上一代产品提升10倍以上，并且为浮点计算提供了显着的效率提升。空间计算能力的提高与32个12.5 Gbps SerDes链路配合使用，提供400Gbps的总带宽。

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相较上一代65nm芯片，XQRKU060显著减少了尺寸、重量和功率，非常适合高带宽有效载荷应用，在所有轨道上都具有完全的辐射耐受性，并具有卫星和太空应用的容错性，可应对恶劣的太空环境中的短时任务和长时间任务。
据悉，这是业界唯一真正的无限在轨可重构解决方案。随着协议和应用程序的不断变化，XQRKU060的自适应计算体系架构使其可根据实际应用需求，无限制地实现在轨重新配置，从而使得客户能够在发射之前以及在轨道上部署产品后进行最新的产品更新。
轨道上的可重构功能、实时的机载处理和ML加速功能，使卫星能够实时更新、按需提供视频并“实时”计算以执行复杂算法，提高处理效率并减少空间和地面决策延迟。
XQRKU060还具有坚固的40x40mm陶瓷封装，能够承受发射过程中的振动和处理以及恶劣轨道环境中的辐射效应。
该架构采用创新的设计来减轻单一事件效应（SEE），从而满足所有轨道的行业要求，包括低地球轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）、地球同步轨道（GEO）和深空飞行任务。
XQRKU060 FPGA可以使用赛灵思的最新更新的Vivado Design Suite在轨道上编程，这有助于消除布线拥塞，确保将90％的芯片处理能力专用于分配给它的任务，而不会降低性能。
借助Vivado，系统设计人员和辐射团队可以最大限度地提高生产率并减少开发时间。
此外，赛灵思Vitis统一软件平台还支持具有三重模块冗余（TMR）功能的MicroBlaze软处理器上的嵌入式软件开发。未来的扩展将增加对Vitis AI支持，Vitis AI可在赛灵思设备和生产卡上进行AI推理。
XQRKU060兼容解决方案的合作伙伴生态系统现已上市，提供包括原型开发板、符合空间要求的电源，内存和配置解决方案以及单一事件干扰（SEU）缓解工具和IP在内的一系列资产。
赛灵思表示，20nm耐受性（RT）Kintex UltraScale空间级XQRKU060-1CNA1509 FPGA的机械样品和原型单元现已上市，飞行元件将于今年 9 月下旬在 MIL-PRF-38535 规格设备里提供