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真正非易失性FPGA的优势

星星科技指导员 来源:嵌入式计算设计 作者:HEZI SAAR 2022-11-14 15:34 次阅读

并非所有非易失性或闪存 FPGA 器件都是一样的。本文探讨了真正的非易失性FPGA的优势 - 包括显著降低功耗、更快的响应时间、无与伦比的可靠性和不折不扣的安全性 - 是无法复制的。

非易失性闪存为 FPGA 带来了许多好处。真正的基于闪存的非易失性 FPGA 或包含非易失性 FPGA 阵列的 FPGA 可显著降低功耗,提供更快的响应时间,并提供无与伦比的可靠性和不折不扣的安全性。

为了验证这些优势相对于自己的易失性器件的优势,一些基于SRAM的FPGA供应商声称提供“单芯片,基于闪存”的解决方案。这些“混合”解决方案仅仅是闪存组件与底层SRAM FPGA技术的组合 - 要么与FPGA芯片集成到单个封装中,要么堆叠或并排放置。不幸的是,FPGA阵列仍然易失性,并且受到与这些类型的设备相关的功耗,可靠性,安全性和上电缓慢的缺点的影响。

当然,封装中硅(SIP)和多芯片封装(MCP)的“混合”方法都克服了传统SRAM解决方案的一些局限性,提供了更小的尺寸,略微降低了功耗,并在上电时间和安全性方面取得了小幅进展。但这些只是对纯基于SRAM的兄弟的渐进式改进。为了实现真正的基于闪存的解决方案的全部优势,我必须了解这些“混合”方法与真正的基于闪存的FPGA之间的主要区别,以及真正的基于闪存的解决方案提供的优势。

权力很重要

真正的基于闪存的非易失性FPGA阵列的最大好处也许是显著降低了功耗。如前所述,混合解决方案只是将闪存和基于SRAM的FPGA芯片组合在一起,这意味着固有架构仍然是基于SRAM的。因此,在与基于SRAM的FPGA解决方案相关的系统初始化期间,它们会受到有据可查的漏电流问题和功率尖峰的影响。

图1显示了真正的基于闪存的解决方案(当今市场上功耗最低的可编程器件)相对于基于SRAM的解决方案的功耗优势。比较基于等效的 15k 系统门或 128 个宏单元。竞争对手A是基于SRAM的混合CPLD,竞争对手B是基于SRAM的“低功耗”CPLD。基于 5 微瓦的真正闪存 FPGA 的静态功耗比同类产品低 10 倍。

图1

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真正的“通电直播”

真正的基于闪存的FPGA保留配置存储器,而基于闪存的SRAM对应物在电源关闭时必须依靠闪存进行配置。因此,它们不仅消耗更多功率,而且无法实现“即时启动”上电 (LAPU) 状态。“即时启动”意味着一旦系统电压达到其最低水平,设备就会运行。与传统的基于 SRAM 的 FPGA(图 2)相比,混合解决方案的配置速度更快,尽管它们仍然比真正的基于闪存的“即时启动”FPGA 相关解决方案慢 40 倍(图 3)。此行为配置文件显示,混合设备配置需要超过 200 毫秒,从而导致上电后操作延迟。同时,真正基于闪存的FPGA是上电时实时的。因此,真正的非易失性FPGA在电压触发后立即激活,并在上电前工作。

图2

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图3

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可靠性

混合型 FPGA 也存在可靠性问题。由于底层架构仍然基于SRAM,因此这些解决方案会受到辐射影响。高能中子存在于地面大气中,会影响基于 SRAM 的 FPGA 的逻辑模块和路由矩阵,从而导致公司错误和完整的系统故障。真正的非易失性FPGA为系统关键型和任务关键型功能提供关键的抗错能力。

防止恶意攻击和黑客攻击

虽然通过将闪存移动到同一封装中可以减轻安全威胁,但将配置数据从闪存传输到混合设备的SRAM部分仍然使数据流容易受到黑客攻击和恶意攻击。相比之下,真正的基于闪存的FPGA不需要在上电时重新配置,从而消除了严重的风险。凭借 128 位高级加密标准 (AES) 解密内核等额外安全性,真闪存 FPGA 让 IP 提供商高枕无忧,并帮助设计人员防范克隆、逆向工程和拒绝服务攻击等安全问题。

模仿不等于复制

显然,并非所有“非易失性”或“闪存”FPGA器件都是平等的。一些标记为“闪存”的器件只是将闪存与基于SRAM的FPGA集成在一起,以最大限度地减少占用空间。真正基于闪存的 FPGA 是那些包含非易失性 FPGA 阵列的 FPGA,可显著降低功耗,缩短响应时间,并提供无与伦比的可靠性和不折不扣的安全性。真正的闪存FPGA解决方案的优点可以模仿,但不能复制。

审核编辑:郭婷

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