從閃存到MRAM：滿足現代FPGA配置的需求
2025-02-24 10:32:56 萊迪思在技術飛速發展的今天，新興的航空電子、關鍵基礎設施和汽車應用正在重新定義人們對現場可編程門陣列（FPGA）的期望。FPGA之前主要依靠閃存來存儲配置位流。這種方法適用于許多主流FPGA配置應用；然而，隨著技術的進步以及對更高可靠性和性能的需求增加，人們需要更多樣化的配置存儲選項。這種轉變的催化劑在于應用和行業的不同需求，它們目前正不斷突破FPGA應用的極限，要求在數據完整性、系統耐用性和運行效率等方面更進一步。
現代應用需要更先進的功能
1. 更高的耐用性和可靠性：高級駕駛輔助系統和先進的互連航空電子技術等應用要求元件能夠承受惡劣的環境條件，并具有較高的耐用性。閃存雖然在某些條件下性能可靠，但在耐用性方面存在局限性，因此無法滿足這些嚴格的要求。
2. 更快的配置時間：在實時傳感器數據處理或高可靠性通信等對時間要求極高的環境中，對快速配置的需求至關重要。傳統的閃存會導致啟動時間延遲。
從閃存到MRAM：任務成功的關鍵
為FPGA設計電路或應用時，需要使用硬件描述語言（HDL）來描述FPGA內部的功能應如何布線。HDL代碼使用FPGA開發軟件（如Lattice Radiant?）編譯成FPGA配置文件，即位流。位流包含二進制數據，告訴FPGA內部的每個邏輯元件（觸發器、門電路等）如何連接和執行數字功能。位流生成后，將存儲在非易失性存儲器件中。在上電過程中，配置位流被加載到FPGA中。一旦配置了位流，FPGA就會開始執行任各類編程任務，如數據或信號處理、控制功能和協議橋接等。
磁性隨機存取存儲器（MRAM）是一種新興的非易失性存儲器技術，它利用材料的磁性來存儲數據。與依靠電荷存儲的傳統閃存不同，磁隨機存取存儲器利用磁隧道結將二進制數據表示為磁性狀態的方向。這種方法具有多種優勢，包括更低的功耗、更高的耐用性以及更快的讀寫速度。此外，MRAM的非易失性確保了即使在沒有電源的情況下也能保留數據，使其成為閃存的可靠而高效的替代品。MRAM的可擴展性以及與CMOS工藝無縫集成的能力，進一步使其成為追求高能效存儲解決方案的有力競爭者。
閃存等傳統存儲技術表現固然出色，但新的應用推動了對更可靠的配置存儲的需求，它們需要在惡劣的環境條件下具有更好的穩定性和更高的性能。例如，在需要高耐用性或高性能的網絡邊緣應用中，MRAM 可以通過OTA處理大量的高速讀/寫周期，以支持持續的數據更新，而無需經歷擦除周期，也無需使用閃存文件系統或專用控制器。
在汽車應用中，MRAM可在較大的溫度范圍和惡劣條件下高效運行。在關鍵任務運輸和航空電子應用中，MRAM對于存儲系統的設置和操作數據記錄至關重要。在對數據可靠性要求極高的太空應用中，MRAM具有抗強輻射的能力，可簡化在軌重新編程，限制輻射引起的錯誤。
采用支持MRAM的FPGA讓應用面向未來
包括萊迪思Certus?-NX、CertusPro?-NX和Avant?在內的萊迪思FPGA，采用了可靠的制程技術、架構得以優化、擁有成熟的設計技術，可實現后臺重新配置、內置的硬擦除器用于檢測和糾正錯誤、還有容錯IP和各種有針對性的工具來幫助降低可靠性風險。利用這些FPGA器件，用戶可以受益于低功耗FPGA架構和快速安全的位流配置/重新配置。
為了增強客戶的編程體驗，萊迪思正著手更新EDA工具，支持原生MRAM編程。我們一直在與包括Everspin Technologies和Avalanche Technology在內的著名MRAM產品供應商合作，以展示硬件互操作性和原生軟件集成。
萊迪思最新發布的Radiant工具實現了對MRAM位流的直接訪問和編程接口，支持各種數據速率和存儲容量。它支持MRAM容量高達256 Mb的器件，并完全支持SPI、QSPI和xSPI。萊迪思最新的FPGA現支持工作頻率為160 MHz的X8數據寬度，實現了業界最快的配置時間。將這種高性能FPGA配置接口與MRAM結合使用，可為關鍵任務系統帶來先天的設計優勢。
萊迪思Radiant支持MRAM SPI閃存
使用MRAM來存儲FPGA配置位流不僅僅是一種技術升級，更是一種面向未來的高可靠性系統的戰略舉措。隨著各行各業對其電子元件的要求不斷提高，支持MRAM的FPGA系統已成為故障零容忍應用的最佳解決方案。
