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FPGA可靠性的竞争力正在提高

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更新于2008-09-25 11:46:56

  传统意义上,汽车工程师一直依赖于微控制器 (MCU) 和 ASIC产品来实现和控制汽车上的电子系统,以及扩展每一代汽车电子的功能。现在,随着部件数目越来越多、产品快速推出市场的压力越来越大,以及对性能的要求越来越高,加上价格要合理、设计风险要低,许多设计人员开始转向FPGA,作为面向下一代汽车电子设计的低成本解决方案。

  根据市场研究机构Gartner Dataquest的估计,全球汽车半导体市场规模将从2007年的201亿美元增长到2010年的295亿美元。随着动力传动系统和排放标准 (比如混合动力、电动和柴油车) 的发展,车载信息通讯系统、安全和控制及舒适性功能日益普及,在未来三年,汽车FPGA的总市场容量 (TAM) 将从9,300万美元增长到3.12亿美元。

  Actel 公司高可靠性产品总监 Ken O’Neill坦诚:“FPGA 要争取这个总市场容量还要看个别的结构如何达到应用的要求。”例如,在汽车电子行业,质量、可靠性和零瑕疵是最重要的问题,特别是在核心汽车系统中所用的半导体,如引擎控制模块、动力传动、车体电子和安全系统,并不能够出现故障或失效。这些因素加上不断改变的技术标准、产品过时问题、更大的推出市场压力和提升性能的需求,正推动许多汽车设计者转向非易失性的FPG。

  非易失性 FPGA 提供更低的功耗,有助于缓减以 SRAM为基础 FPGA常见的电子转移和散热可靠性的问题。基于SRAM的FPGA器件的功耗和热耗散大,而额外的功率管理和冷却措施会大幅增加其器件成本。这一点非常重要,因为高功耗和其它相关的热问题会限制器件的使用寿命,特别是在要求严苛的引擎盖应用下。

  Ken指出,也许更重要的是,非易失性FPGA不会因中子和阿尔法离子诱发SRAM配置扰乱而产生逻辑错误。Actel基于Flash的FPGA独特地采用了片上 Flash内存来实现开关控制,使到该系列产品具有固件错误免疫能力;这是向着零瑕疵发展产业的强制性要求。相反地,基于SRAM的FPGA配置数据容易由于中子诱引而产生错误;这种错误会以不可预测的方式改变逻辑、布线或I/O的行为。对于关键性的汽车应用,如动力系统、安全系统和车载信息通讯系统,这种逻辑错误有着重大的隐忧,因为以SRAM为基础FPGA的FIT故障率通常已超出业界可接受的规范指标好几个量级。

  举例说,对于采用 0.22 微米技术的 100 万门密度 SRAM FPGA 来实现的乘客传感器或安全气囊控制器来说,预计的配置扰乱故障率为 4,375 个 FIT。如果这样的安全系统被用在 500,000 辆汽车上,那么总的预计故障率将达到每天 52.5 起,即在群体中每 27.4 分钟便会发生一次扰乱故障。由于这些故障都是 SRAM 配置内存中发生的固件错误,由此产生的逻辑错误只能在 SRAM FPGA 重新加载后才能消除。

  如果SRAM FPGA技术这种易于发生的固件错误广泛传播开来,代价将会如何?首先,由于现有的检测技术无法防止已破坏的数据进入系统,因此需要新的高质量评测系统来检查系统的固件错误。此外,针对已经发生故障的FPGA (在目前的SRAM FPGA中不可能防止这些错误) 进行固件错误检测和纠正的机制会给系统设计增加额外的复杂性,而且大幅增加板卡面积和部件数目。
以Flash 为基础的解决方案具备固有的优势可应对相关的市场风险,因此,Actel 会继续在汽车应用中专注于其它创新以 Flash为基础系统的优势,包括混合信号Actel Fusion 可编程系统芯片或超低功耗 IGLOO器件。

                             图1 Ac tel公司高可靠性产品总监 Ken O’Neill