FPGA - Field Programmable Gate Array Aktuelle Bausteine und ihre Anwendung von Aeroflex - Von Kai Schlegel 10.01.2019 - Technische Informatik ...

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FPGA - Field Programmable Gate Array Aktuelle Bausteine und ihre Anwendung von Aeroflex - Von Kai Schlegel 10.01.2019 - Technische Informatik ...

FPGA – Field Programmable Gate Array
Aktuelle Bausteine und ihre Anwendung von
                  Aeroflex

                  Von Kai Schlegel

         10.01.2019 – Technische Informatik
           Prof. Dr.-Ing. U. Schaarschmidt

FPGA – Field Programmable Gate Array
Aktuelle Bausteine und ihre Anwendung von
                  Aeroflex
                                      Gibt's nicht mehr!
                  Von Kai Schlegel

         10.01.2019 – Technische Informatik
           Prof. Dr.-Ing. U. Schaarschmidt

FPGA – Field Programmable Gate Array
Aktuelle Bausteine und ihre Anwendung von
                  Cobham

                  Von Kai Schlegel

         10.01.2019 – Technische Informatik
           Prof. Dr.-Ing. U. Schaarschmidt

Inhaltsverzeichnis

 1. Einleitung
 2. Aeroflex/Cobham Geschichte
 3. FPGAs
  3.1 Allgemeines
  3.2 Realisierung einer Kanalverbindung
  3.3 Auswirkung von Strahlung
  3.4 Antifuse
 4. Cobham FPGAs
 5. Anwendungsbeispiel

1. Einleitung

●
    Strahlenresistente FPGAs

1. Einleitung

●
    Strahlenresistente FPGAs

●
    Anwendungen
     ➔
       Raumfahrt
     ➔
       Luftfahrt

1. Einleitung

●
    Strahlenresistente FPGAs

●
    Anwendungen
     ➔
       Raumfahrt
     ➔
       Luftfahrt
     ➔
       Militär

1. Einleitung

●
    Strahlenresistente FPGAs

●
    Anwendungen
     ➔
       Raumfahrt
     ➔
       Luftfahrt
     ➔
       Militär
     ➔
       Kernkraftwerke

1. Einleitung

●
    Strahlenresistente FPGAs

●
    Anwendungen
     ➔
       Raumfahrt
     ➔
       Luftfahrt
     ➔
       Militär
     ➔
       Kernkraftwerke
     ➔
       Medizintechnik

2. Aeroflex/Cobham Geschichte
●
  Aeroflex 1937 gegründet
●
  Hersteller von Halbleitern und Messgeräten
   ➔
     Aeroflex Microelectronics Solutions (AMS)
   ➔
     Aeroflex Test Solutions (ATS)
●
  2013: $4 Millionen Strafe
   ➔
     Missachtung des Arms Export Control Act
   und der International Traffic in Arms Regulation
   ➔
     Zwischen 2003-2008 Chip-Exporte nach
     China
●
  2014: Verkauf an Cobham für $1,46 Milliarde
   ●
     Britisches Rüstungsunternehmen

2. Aeroflex/Cobham Geschichte
●
  Aeroflex 1937 gegründet
●
  Hersteller von Halbleitern und Messgeräten
   ➔
     Aeroflex Microelectronics Solutions (AMS)
   ➔
     Aeroflex Test Solutions (ATS)
●
  2013: $4 Millionen Strafe
   ➔
     Missachtung des Arms Export Control Act
   und der International Traffic in Arms Regulation
   ➔
     Zwischen 2003-2008 Chip-Exporte nach
     China
●
  2014: Verkauf an Cobham für $1,46 Milliarde
   ●
     Britisches Rüstungsunternehmen

2. Aeroflex/Cobham Geschichte
●
  Aeroflex 1937 gegründet
●
  Hersteller von Halbleitern und Messgeräten
   ➔
     Aeroflex Microelectronics Solutions (AMS)
   ➔
     Aeroflex Test Solutions (ATS)
●
  2013: $4 Millionen Strafe
   ➔
     Missachtung des Arms Export Control Act
   und der International Traffic in Arms Regulation
   ➔
     Zwischen 2003-2008 Chip-Exporte nach
     China
●
  2014: Verkauf an Cobham für $1,46 Milliarde
   ●
     Britisches Rüstungsunternehmen

2. Aeroflex/Cobham Geschichte
●
  Aeroflex 1937 gegründet
●
  Hersteller von Halbleitern und Messgeräten
   ➔
     Aeroflex Microelectronics Solutions (AMS)
   ➔
     Aeroflex Test Solutions (ATS)
●
  2013: $4 Millionen Strafe
   ➔
     Missachtung des Arms Export Control Act
   und der International Traffic in Arms Regulation
   ➔
     Zwischen 2003-2008 Chip-Exporte nach
     China
●
  2014: Verkauf an Cobham für $1,46 Milliarde
   ●
     Britisches Rüstungsunternehmen

3.1 FPGAs - Allgemeines

●
    Besteht aus Basiszellen und Kanälen

3.1 FPGAs - Allgemeines

●
    Programmierung:
    ●
      Basiszellen: Lookup Table
    ●
      Kanäle: Verbindungen herstellen

3.2 FPGAs - Realisierung einer Kanalverbindung

 SRAM-Zelle       Flash-Zelle       Antifuse

3.3 FPGAs – Auswirkung von Strahlung

●
    Strahlung kann die Funktion von MOSFETs
    einschränken

3.3 FPGAs – Auswirkung von Strahlung

●
  Strahlung kann die Funktion von MOSFETs
  einschränken
●
  Es entstehen Single Event Effects (SEE)

3.3 FPGAs – Single Event Effects

(1)Single Event Latchup (SEL)
    ➔
      Kurzschluss im Halbleiter - kann das Bauteil
      zerstören
(2)Single Event Upset (SEU)
    ➔
      Ein Bit kippt („Bitflip“) - kann durch neu-
      Programmierung behoben werden
(3)Single Event Transient (SET)
    ➔
      Kurzzeitige Schwankung in einem Signalpegel

3.4 FPGAs – Antifuse

3.4 FPGAs – Antifuse
●
  „Inverse Sicherungen“
●
  Beim Programmierung wird eine Isolationsschicht
  durchbrannt und eine niederohmige Verbindung
  hergestellt
●
  Vorteil gegenüber der Fuse-Technik:

3.4 FPGAs – Antifuse
●
  „Inverse Sicherungen“
●
  Beim Programmierung wird eine Isolationsschicht
  durchbrannt und eine niederohmige Verbindung
  hergestellt
●
  Vorteil gegenüber der Fuse-Technik: Beim
  Programmiervorgang müssen nur wenige
  Verbindungen herstellt werden

3.4 FPGAs – Antifuse

●
    Vorteile gegenüber SRAM und Flash
     ➔
       Keine MOSFETs notwendig
     ➔
       Strahlenresistent
     ➔
       Schnelle Programmierung

●
    Nachteil

3.4 FPGAs – Antifuse

●
    Vorteile gegenüber SRAM und Flash
     ➔
       Keine MOSFETs notwendig
     ➔
       Strahlenresistent
     ➔
       Schnelle Programmierung

●
    Nachteil
     ➔
       One-Time-Programmable (OTP)

3.4 FPGAs – Antifuse

●
  Kombinatorische (K-)Zellen für Boolsche Logik
●
  Register (R-)Zellen für Register

4. Cobham FPGAs

●
    RadTol Eclipse FPGA UT6325

4. Cobham FPGAs

●
    RadTol Eclipse FPGA UT6325

➔
    Total Ionizing Dose (TID)

4. Cobham FPGAs

●
    RadTol Eclipse FPGA UT6325

➔   Linear Energy Transfer Threshold (LETTH)

4. Cobham FPGAs

●
    RadTol Eclipse FPGA UT6325

➔
    Saturated Cross Section

4. Cobham FPGAs

●
    RadTol Eclipse FPGA UT6325

➔
    Latch-Up Immune bei >100 MeV – cm²/mg

4. Cobham FPGAs

●
    RadTol Eclipse FPGA UT6325

●
  Konkurrenz-Produkte von Xilinx oder Microsemi
  haben bessere Spezifikationen
   ➔
     Auf FPGA spezialisierte Hersteller
●
  Der Cobham FPGA ist nur ein kleiner Teil ihrer
  RadTol Produktpalette

5. Anwendungsbeispiel

5. Anwendungsbeispiel

●
  „Flying Laptop“ des Instituts für Raumfahrtsysteme
  der Universität Stuttgart
●
  Von 2004-2017 entwickelt und gebaut
●
  14. Juli 2017 erfolgreicher Start von Kasachstan
  aus
●
  Enthält zusätzlich zum FPGA auch einen
  Prozessor, Speicher und Clocks der Firma
  Cobham

Fragen?

Danke!

Quellen
 ●
     Cobham: RadTol Eclipse FPGA Products, unter:
     https://www.cobhamaes.com/pagesproduct/prods-hirel-fpga.cfm (letzter Abruf am 09.01.2019)
 ●
     Shiffman, J. / Wilson, D. (2013) How China's weapon snatchers penetrate American defenses.
     Reuters Investigates. Unter: https://www.reuters.com/investigates/china-military/#article/part3
     (letzter Abruf am 09.01.2019)
 ●
     Ehlert A. (o.D.) Technologie Überblick Flash & Antifuse vs. SRAM. Actel. Unter:
     https://wiki.gsi.de/foswiki/pub/EE/EEMeetVortragArch/Flash_Antifuse_vs_SRAM_v09.pdf (letzter
     Abruf am 09.01.2019)
 ●
     Wikipedia, Stichwort „Single Event Effect“. Unter:
     https://de.wikipedia.org/wiki/Single_Event_Effect (letzter Abruf am 09.01.2019)
 ●
     Wikipedia, Stichwort „Aeroflex“. Unter:
     https://en.wikipedia.org/wiki/Aeroflex (letzter Abruf am 09.01.2019)
 ●
     Wikipedia, Stichwort „Cobham plc“. Unter: https://en.wikipedia.org/wiki/Cobham_plc (letzter
     Abruf am 09.01.2019)
 ●
     Institut für Raumfahrtsysteme. Flying Laptop Projekt. Unter: http://www.kleinsatelliten.de/ (letzter
     Abruf am 09.01.2019)
 ●
     Mahesh, Raghu, Naveen, Mrudula, Shailaja, Ganesh Sanjeev (2014) Transconductance and
     Transfer characteristics of 8 MeV Electron Irradiated Dual N-channel MOSFETs. International
     Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering Volume 4 Issue 9.
 ●
     PCMag Encyclopedia, Stichtwort „Antifuse“. Unter:
     https://www.pcmag.com/encyclopedia/term/37821/antifuse (letzter Abruf am 09.01.2019)

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