Les FPGA spatiaux : évolution et perspectives

Les FPGAs spatiaux: évolution et perspectives
depuis 2004
3 décembre 2008
David DANGLA - VLSI Component engineer - DCT/AQ/EC
Les FPGAs et leurs intérêts pour les applications
spatiales
¦ Les FPGAs sont composés de matrices de blocs logiques qui peuvent être
interconnectées entre eux afin de réaliser des fonctions logiques.
¦ L'utilisation de FPGAs présente de nombreux avantages:
w Réduction des dimensions du système électronique,
w Association sur une même puce d'architectures complexes et innovantes
(cœurs de µp, blocs mémoires et fonctions logiques spécifiques),
w Facilité de prototypage,
w Transformation de composants commerciaux non durcis en composants
qualifiés spatial: utilisation d'IPs commerciales,
w Résolution des problèmes d'obsolescence par l'utilisation d'IPs sur un FPGA,
w La reprogrammabilité de certains FPGAs ouvre la voie à des systèmes
reconfigurables en vol, ou à des designs adaptatifs.
Atelier FPGA 2008 - D. DANGLA - Les FPGAs spatiaux: évolution et perspectives depuis 2004
2
Historique: 2001 à 2004
¦ ACTEL:
w Introduction des RT54SX-S:
Rad tolérant, jusqu’à 72kportes (~2 x SX32), HiRel, hors ITAR depuis 2003.
¦ ATMEL:
w Introduction sur le marché des FPGA spatiaux:
AT40K: SRAM-based, rad-hard par design, modèles de vol disponible fin 2004.
Développement d’un FPGA de plus grande capacité, contrat CNES: co-financement à
50%.
¦ XILINX:
w Introduction du Virtex II QPRO V, développement d’un logiciel d’aide au
durcissement SEU (XTMR-Tool)
Atelier FPGA 2008 - D. DANGLA - Les FPGAs spatiaux: évolution et perspectives depuis 2004
3
Evolution 2004 - 2008 (1/2)
¦ ACTEL:
w Nouvelle famille RTAX-S ayant des tailles de matrices aptes à concurrencer les
ASIC de moyenne complexité.
¦ ATMEL:
w Développement du FPGA ATF280E sous contrat CNES:
• Avec l'AT40KEL, l'ATF280E représente l'unique FPGA spatial européen,
• A base de cellules SRAM durcies par design,
• 280K portes ASIC,
• Prototypes disponibles pour les beta-customers,
• Modèles de vol: fin Q2-2009, QML-Q/V
• Pas de licence d'exportation
w Développement d’un FPGA 450K portes ASIC sur SOI sous contrat CNES en
collaboration avec la JAXA
w Développement de modules: ATF280E + LEON 2 µP, 2x ATF280E + 2x EEPROM
4Mbit
Atelier FPGA 2008 - D. DANGLA - Les FPGAs spatiaux: évolution et perspectives depuis 2004
4
Evolution 2004 - 2008 (2/2)
¦ XILINX:
w Finalisation de la caractérisation radiations du Virtex II. Prise en main de
XTMR-Tool par les utilisateurs (cf présentation de Jean Bertrand),
w Introduction des Virtex 4 version QPRO
¦ AEROFLEX:
w UT6325: 320.000 system gates
Atelier FPGA 2008 - D. DANGLA - Les FPGAs spatiaux: évolution et perspectives depuis 2004
5
Utilisation des FPGAs dans les projets spatiaux (1/2)
¦ ACTEL:
w RT14100A :
(Derived from the ACT 3 family of FPGAs, 0.8 µm technology, 4.000 to 20.000 Logic Equivalent Gates)
Plateforme de télécommunication
w RT54SX32 / RT54SX32SU / RT54SX72SU :
(Manufactured using a 0.35 µm technology at the Chartered Semiconductor facility in Singapore, 16.000 and 32.000
Available Logic Gates)
Myriade, Pléiades, Demeter, Microscope, IASI
w RTSX32SU / RTSX72SU :
(0.25 µm Metal-to-Metal Antifuse Process (UMC), 48.000 to 108.000 Available System Gates)
Bepi-Colombo, Myriade, Picard, Saral, Smese
RTAX250S / RTAX1000S / RTAX2000S :
(Manufactured on Advanced 0.15 µm CMOS Antifuse Process Technology, 7 Layers of Metal, Up to 4 Million
Equivalent System Gates or 500K Equivalent ASIC Gates)
Bepi-Colombo, Megha-tropiques, MSL, Taranis, Smese
Atelier FPGA 2008 - D. DANGLA - Les FPGAs spatiaux: évolution et perspectives depuis 2004
6
Utilisation des FPGAs dans les projets spatiaux (2/2)
¦ ATMEL:
w ATF280E :
(Fabricated on 0.18 µm CMOS ATC18RHA technology, 280.000 equivalent ASIC gates)
Bepi-Colombo, calculateur spatial
¦ XILINX:
w XQ2V1000 :
(Fabricated on 0.15 µm / 0.12 µm CMOS 8-layer metal, 1M system gates)
MSL-Chemcam
w XQR2V3000 :
(Fabricated on 0.15 µm / 0.12 µm CMOS 8-layer metal, 3M system gates)
Taranis
¦ AEROFLEX:
w UT6325 :
(Fabricated on 0.25 µm, 5-layer metal, ViaLinkTM epitaxial CMOS process, 320.000 usable system gates)
Bepi-Colombo
Atelier FPGA 2008 - D. DANGLA - Les FPGAs spatiaux: évolution et perspectives depuis 2004
7
Perspectives moyen terme (1/2)
¦ ACTEL:
w
w
w
w
RHAX250S: version Rad-Hard Assured du RTAX250S
RT3PE600L et RT3PE3000L: FPGA à base de cellules mémoires Flash non durcies
RTAX2000D et RTAX4000D: FPGAs de la famille RTAX avec blocs DSP
RT-G4: FPGA à base de cellules mémoires Flash durcies (MV en 2012)
w Actions CNES:
• Etude sur la mise en oeuvre du PPBI (Post Programming Burn-In) “dynamique” sur les FPGAs de la famille
RTAX-S.
¦ ATMEL:
w Disponibilité de l’ATF280E,
w Disponibilité du FPGA 450K portes ASIC sur technologie 0.15µm SOI,
w FPGA 1,2M portes ASIC sur technologie DSM. Évolution des outils logiciels associés.
w Actions CNES:
• Développements co-financés à 50%.
• Etude calculateur spatial: carte CPU ITAR-Free
¦ AEROFLEX:
w Nouvelle génération de FPGA?
Atelier FPGA 2008 - D. DANGLA - Les FPGAs spatiaux: évolution et perspectives depuis 2004
8
Perspectives moyen terme (2/2)
¦ XILINX:
w Projet SIRF (radiation hard re-configurable FPGA): « Virtex 5 spatial »
àDéveloppement financé par l’US Air Force,
àLancement prévue en 2010
w Actions CNES:
• campagne radiation prévue fin 2008 sur le XQR2V6000
• travaux conduits sur la version commerciale du SIRF (XC5VFX130T):
– Comparaison SIRF – ATF280E (performances, capacité, outils)
– Étude de la reconfiguration partielle (règles d’implantation et d’assemblage des
IP, outils de partitionnement)
Atelier FPGA 2008 - D. DANGLA - Les FPGAs spatiaux: évolution et perspectives depuis 2004
9
Conclusion (2001)
ACTEL:
J A fait ces preuves ; OTP ; FPGAs à base de cellules mémoires Flash
L Programmation délicate, même si cela semble moins vrai pour la famille RTAX ;
OTP
XILINX:
J Technologie et performances
L Techniques de durcissement délicates à mettre en oeuvre
ATMEL:
J Fabriqué en France = pas besoin de licence d’exportation
L AT40KEL disponible, ATF280E bientôt disponible, FPGA de plus forte densité
pas encore disponible
AEROFLEX:
J OTP
L Petite capacité
Atelier FPGA 2008 - D. DANGLA - Les FPGAs spatiaux: évolution et perspectives depuis 2004
10