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全新的20 nm Radiation Tolerant KintexUltraScaleXQRKU060 FPGA將提供強大的在軌重配置，包括數(shù)字信號處理性能增加10倍，非常適合有效載荷應(yīng)用，并且在所有軌道上都具有完全的輻射耐受性。

該FPGA的獨特功能是它具有在軌中重配置以及其在太空進(jìn)行機器學(xué)習(xí)的能力。

宇航級FPGA的諸多挑戰(zhàn)

設(shè)計用于空間的FPGA并非易事。桑迪亞國家實驗室的David S. Lee認(rèn)為，電離輻射是對在太空中運行的FPGA的最大威脅。此輻射的影響可能包括單事件閂鎖（SEL）、單事件翻轉(zhuǎn)（SEU）、單事件瞬態(tài)（SET）和總電離劑量（TID）。

Lee認(rèn)為，為了確保基于SRAM的FPGA在空間中的長期可靠性，設(shè)計者必須防止配置存儲器中的SEU。這可以通過"擦除"(或識別配置中的錯誤并對其進(jìn)行尋址)、糾錯碼(ECC)和三重模塊冗余來實現(xiàn)。
 

 Xilinx XQRKU060

這些關(guān)于輻射的擔(dān)憂，在Xilinx公司新推出的20納米的太空型FPGA中直接得到了解決。

20nm宇航級FPGA的主要規(guī)格

XQRKU060包含2760個UltraScale DSP Slice，并提供多達(dá)1.6 TeraMAC的信號處理計算。該單元的32個高速SerDes收發(fā)器可分別運行高達(dá)12.5 Gbps，以提供400 Gbps的總帶寬。

該芯片的密集型、高能效計算具有可擴展精度和大型片上存儲器，擁有超高吞吐量和帶寬性能，針對深度學(xué)習(xí)優(yōu)化的INT8峰值性能將達(dá)到5.7 TOPS，相比上一代65nm芯片產(chǎn)品提升25倍。

XQRKU060芯片支持豐富的ML開發(fā)工具產(chǎn)品組合，支持TensorFlow、PyTorch等機器學(xué)習(xí)框架，適用于解決科學(xué)分析、物體檢測和圖像分類等各類機器學(xué)習(xí)問題。 將機器學(xué)習(xí)（ML）帶入了太空。 

RT Kintex UltraScale架構(gòu)

Xilinx的太空系統(tǒng)架構(gòu)師Minal Sawant解釋說：“憑借我們在開發(fā)領(lǐng)先的耐輻射技術(shù)并將其部署到可靠的太空級解決方案方面的悠久歷史，Xilinx通過推出全球最先進(jìn)的工藝節(jié)點來繼續(xù)其領(lǐng)先地位。” 

可在軌重新配置

XQRKU060基于SRAM存儲器，因此不僅可以在實驗室進(jìn)行硬件開發(fā)期間對其進(jìn)行重新編程，還可以在發(fā)射后進(jìn)行在軌編程。其他空間級的反熔絲FPGA只能配置一次，從而使原型設(shè)計和驗證變得既昂貴又困難。 

其他空間級FPGA部署后基本上會凍結(jié)，而在軌道上任意次數(shù)重新配置XQRKU060的能力為運營商提供了極大的靈活性。例如，可以隨時上傳新的和改進(jìn)的通信標(biāo)準(zhǔn)，以提高系統(tǒng)性能。

XQRKU060處于活動狀態(tài)且正在使用中時，可以實現(xiàn)重新編程。 

部分重配置

這是通過部分重新配置實現(xiàn)的，該部分重新配置允許修改FPGA內(nèi)的特定區(qū)域，而不會影響在設(shè)備內(nèi)其他地方運行的應(yīng)用。  

波束成形技術(shù)

在之前關(guān)于海軍對光學(xué)波束形成感興趣的文章中，我們討論了低成本的LEO衛(wèi)星如何逐漸取代價值數(shù)百萬美元的地球同步航天器。這些太空飛行器的核心必須具備實現(xiàn)波束形成的能力，即改變無線電信號方向以適應(yīng)不斷變化的條件的能力。

XQRKU060的機載處理能力使衛(wèi)星運營商可以進(jìn)行波束成形。此外，設(shè)備的可重新配置性使其能夠適應(yīng)不斷變化的調(diào)制和載波規(guī)范。 

與前代產(chǎn)品的改進(jìn)

20 nm XQRKU060基于Xilinx的宇航級定位，其前代產(chǎn)品包括65 nm Virtex-5Q和90 nm Virtex-4QV。 

三代Xilinx宇航級FPGA

與上一代Virtex-5QV相比，XQRKU060的邏輯單元增加了5倍。鏈路總帶寬由56.25G提高到400 Gbps。 

衛(wèi)星技術(shù)的顛覆者？

衛(wèi)星系統(tǒng)正在迅速發(fā)展，逐漸從龐大、昂貴且不靈活的龐然大物演變成小型且高達(dá)靈活的設(shè)備。XQRKU060旨在提供可重編程性，抗輻射性和計算能力，以使其成為可能。
 

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