Lattice Semiconductor: Neudefinition des FPGA für Luft- und Raumfahrt und Verteidigung durch die Lösung von SWaP-C-Herausforderungen

Neudefinition des FPGA für Luft- und Raumfahrt und Verteidigung durch die Lösung von SWaP-C-Herausforderungen

Als ich damals RADAR-Systeme entwarf und baute, wählte ich das größte, dichteste, DSP-reiche FPGA auf dem Markt. Die Kosten spielten keine Rolle, da die Projektbudgets großzügig waren und ich angewiesen wurde, ein RADAR zu entwickeln, das alle Systemanforderungen erfüllt, unabhängig von den Kosten. Strom- und Wärmeprobleme spielten ebenfalls keine Rolle, da das RADAR-System über ausreichend Kühlressourcen verfügen würde. Aber das war vor 16 Jahren und die Designüberlegungen haben sich geändert. SWaP-C-Bedenken (Größe, Gewicht, Leistung und Kosten) sind wichtige Faktoren, die die Entscheidung beeinflussen, welche Arten von Halbleitern verwendet werden sollten, um neue Plattformen für das Marktsegment Luft- und Raumfahrt (A&D) zu entwickeln. A&D-Plattformen sind heute allgegenwärtiger, kleiner und stärker auf Anwendungen ausgerichtet, die am Edge betrieben werden, bei denen es entscheidend ist, den Stromverbrauch niedrig zu halten.

Obwohl es weiterhin A&D-Plattformen geben wird, die die Fähigkeiten großer, stromhungriger FPGAs oder SoCs benötigen, werden sie schnell zur Minderheit. Die meisten der heutigen A&D-Plattformen zielen auf "Soldier as a Sensor"-Anwendungen ab, bei denen Personal und Ausrüstung (alles von Biosensor-Wearables und Nachtsichtbrillen bis hin zu Mikro-UAVs, Drohnen, verteilten multistatischen digitalen RADAR-Systemen und intelligenter Munition) miteinander verbunden sind über das "Internet-Schlachtfeld der Dinge". Alle diese Plattformen müssen leichtgewichtig, allgegenwärtig, energiesparend und verbunden sein, um nahezu unendliche umprogrammierbare Missionen zu unterstützen. Low-Power-Plattformen sind in der Regel leichter, was das Tragen von Soldaten im Feld erleichtert und längere, sicherere und vorhersehbarere Missionen ermöglicht.

Die FPGA-Strategie und -Roadmap von Lattice sind gut auf die SWaP-C-Herausforderungen von A&D-Entwicklern abgestimmt. Lattice CertusPro™-NX ist ein überzeugendes Beispiel dafür. CertusPro-NX FPGAs wurden auf der Lattice Nexus™ FPGA-Plattform entwickelt, der branchenweit ersten 28-nm-FD-SOI-basierten Plattform für kleine FPGAs mit geringem Stromverbrauch. Alle vier bisher eingeführten Familien von Nexus-basierten FPGAs führen ihre Klasse in Bezug auf geringen Stromverbrauch, geringe Größe und Zuverlässigkeit an.

In Bezug auf A&D erweitern CertusPro-NX FPGAs die Leistungsfähigkeit von Lattice-FPGAs über die Steuerebene, Bridging, I/O-Erweiterung und andere Peripherieanwendungen hinaus, für die sie bekannt sind, um die primäre Halbleiterkomponente in SWaP-C-beschränkten Systemen zu werden . Das Blockdiagramm und die Funktionstabelle unten zeigen, wie robust CertusPro-NX-Geräte in Bezug auf Leistung und Funktionsunterstützung sind.

CertusPro-NX FPGAs sind auch sehr energieeffizient. Beispielsweise verwenden konkurrierende FPGAs von Xilinx und Intel eine energiehungrigere LUT-Architektur mit sechs Eingängen (LUT-6), während Nexus-FPGAs wie das CertusPro-NX eine LUT mit vier Eingängen (LUT-4) verwenden, um den Stromverbrauch auf einem Minimum.

Da ich in der Vergangenheit als DSP/Algorithmus-Designer tätig war, sind die aufregendsten Aspekte des CertusPro-NX für mich die Steigerung des Speichers, der SERDES-Leistung und der DSP-Dichte im Vergleich zu früheren Lattice-Geräten. Die gesteigerte Leistung, die diese Funktionen bieten, erweitert ihre potenziellen Anwendungen, um diejenigen in den Datenpfad einzubeziehen. Ein großartiges Beispiel für eine solche Anwendung ist ein Micro mobilfunk störsender.

In diesem Anwendungsfall empfängt der Micro mobilfunk störsender grundsätzlich Funksignale aus der Umgebung und spielt eine manipulierte Form des empfangenen Signals dorthin zurück, wo es herkam. Der formale Name dieses Designs würde "Digital RF Memory" (DRFM) heißen. Das empfangene Signal könnte von einem RADAR, MILCOM-Funkgerät usw. stammen. Im Bereich von A&D gewinnt derjenige, der das Spektrum kontrolliert.

Der Micro mobilfunk störsender empfängt ZF-Signale, die im Speicher gespeichert, von einem DSP modifiziert und dann wiedergegeben werden, um Entfernung, Doppler, falsche Ziele und dergleichen zu simulieren, die dann in den RAM geschrieben und über den DAC gesendet werden. Denken Sie daran, dass sich der CertusPro-NX in einem winzigen 9-mm2-Gehäuse befindet und da Lattice ein A&D Known Good Die 'KGD'-Programm unterstützt, können Sie sogar noch kleiner werden, alles mit Batteriebetrieb. In der Abbildung nicht dargestellt sind die Möglichkeiten des Hinzufügens von PCIe, GbE oder einer benutzerdefinierten Daten-/Steuerungsebene-Schnittstelle. Es gibt einfach kein anderes FPGA auf dem Markt, das dem Soldaten diesen begehrten asymmetrischen Vorteil verschafft!

Weitere Informationen zu den Vorteilen, die Lattice-FPGAs für Verteidigungsanwendungen bieten können, finden Sie auf unserer Seite für Verteidigungsanwendungen. Oder, noch besser, wenden Sie sich an Lattice, damit wir Ihnen helfen können, das richtige Lattice-FPGA für Ihre A&D-Plattformanforderungen zu finden.