СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2014

30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2014 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Virtex XQR Virtex II XQR Virtex 4QV Virtex 5QV RT14100A RTАХ250S/SI RTАХ100S/SL RTАХ2000S/SL RTАХ4000D АT40 АT280 Atmel Эквивалентное число логических вентилей Xlinix Virtex Actel (Microsemi) RTAX-S/RTAX-D 2000 0 0,5 1 1,5 2 2002 2004 2006 2008 2010 2012 Годы × 10 6 Программно-аппаратные методы повышения радиационной стойкости микросхем SRAM ПЛИС В статье рассматриваются алгоритмы повышения радиационной стойкости микросхем SRAM ПЛИС. Дан сравнительный анализ различных программных подходов к повышению радиационной стойкости этих ИС. Алексей Соколов (Москва) Микросхемы ПЛИС в качестве ком- понентной базы космических аппа- ратов (КА) используются уже более десятка лет. На основе ПЛИС созда- ются высокопроизводительные бор- товые системы, в том числе для циф- ровой обработки изображений перед отправкой на землю, радиоинтерфей- сы транспондеров телекоммуникацион- ных спутников, блоки обработки дан- ных, поступающих с научного обору- дования КА и т.д. Ещё одна важная сфера примене- ния ПЛИС – это бортовые компью- теры малых космических аппаратов и микроспутников. Для вышеуказан- ных типов КА важен баланс размеров системы и её производительности. Целесообразность широкого приме- нения микросхем ПЛИС обусловлена следующими факторами: ● возможностью реконфигурации ПЛИС под новый функционал в слу- чае изменения задач КА; ● возможностью улучшения алгорит- мов, реализованных в ПЛИС, во вре- мя пребывания аппарата на орбите; ● продлением срока службы КА за счёт добавления новых функций; ● параллелизмом вычислений; ● значительным прогрессом в техноло- гии производства ПЛИС (см. рис. 1), который позволил создать микросхе- мы с большим числом логических вентилей и быстродействием. Широкий спектр возможностей и совокупность впечатляющих харак- теристик привели к тому, что микро- схемыПЛИС стали уверенно занимать нишу заказных микросхем в составе элементной базы космических систем различного назначения (см. рис. 2). Согласно типам конфигурационных ячеек микросхемыПЛИС делятся на три группы: 1) на основе SRAM (статического ОЗУ), где конфигурационная ячейка выполнена на 6 МОП-транзисторах; 2) на основе восстанавливаемых перемычек Antifuse, где в качестве сред- ства конфигурации ячейки использует- ся проводящая перемычка между сло- ем металла/поликремния и кремниевой подложкой, образующаяся в момент подачи напряжения на ПЛИС; 3) на основе флэш-памяти (электри- чески перепрограммируемого ЗУ) с дву- мя МОП-транзисторами, формирующи- ми конфигурационную ячейку. В таблице представлены основные характеристики ПЛИС каждого типа. С точки зрения проектировщи- ка бортовых систем КА, микросхемы SRAM ПЛИС имеют несколько ключе- вых преимуществ перед другими типа- ми ПЛИС: ● самая высокая тактовая частота – означает возможность реализации производительных компьютерных систем КА; ● высокая логическая ёмкость, позволя- ющая реализовать структурно слож- ные и ресурсоёмкие алгоритмы; ● высокая скорость перепрограммиро- вания (реконфигурации). К недостаткам SRAM ПЛИС следу- ет отнести меньшую радиационную Рис. 1. Рост производительности микросхем ПЛИС [1] Рис. 2. Использование микросхем ПЛИС в проектах ЕКА/ESA [2]