真正非易失性FPGA的优势

并非所有非易失性或闪存 FPGA 器件都是一样的。本文探讨了真正的非易失性FPGA的优势 - 包括显著降低功耗、更快的响应时间、无与伦比的可靠性和不折不扣的安全性 - 是无法复制的。

非易失性闪存为 FPGA 带来了许多好处。真正的基于闪存的非易失性 FPGA 或包含非易失性 FPGA 阵列的 FPGA 可显著降低功耗，提供更快的响应时间，并提供无与伦比的可靠性和不折不扣的安全性。

为了验证这些优势相对于自己的易失性器件的优势，一些基于SRAM的FPGA供应商声称提供“单芯片，基于闪存”的解决方案。这些“混合”解决方案仅仅是闪存组件与底层SRAM FPGA技术的组合 - 要么与FPGA芯片集成到单个封装中，要么堆叠或并排放置。不幸的是，FPGA阵列仍然易失性，并且受到与这些类型的设备相关的功耗，可靠性，安全性和上电缓慢的缺点的影响。

当然，封装中硅（SIP）和多芯片封装（MCP）的“混合”方法都克服了传统SRAM解决方案的一些局限性，提供了更小的尺寸，略微降低了功耗，并在上电时间和安全性方面取得了小幅进展。但这些只是对纯基于SRAM的兄弟的渐进式改进。为了实现真正的基于闪存的解决方案的全部优势，我必须了解这些“混合”方法与真正的基于闪存的FPGA之间的主要区别，以及真正的基于闪存的解决方案提供的优势。

权力很重要

真正的基于闪存的非易失性FPGA阵列的最大好处也许是显著降低了功耗。如前所述，混合解决方案只是将闪存和基于SRAM的FPGA芯片组合在一起，这意味着固有架构仍然是基于SRAM的。因此，在与基于SRAM的FPGA解决方案相关的系统初始化期间，它们会受到有据可查的漏电流问题和功率尖峰的影响。

图1显示了真正的基于闪存的解决方案（当今市场上功耗最低的可编程器件）相对于基于SRAM的解决方案的功耗优势。比较基于等效的 15k 系统门或 128 个宏单元。竞争对手A是基于SRAM的混合CPLD，竞争对手B是基于SRAM的“低功耗”CPLD。基于 5 微瓦的真正闪存 FPGA 的静态功耗比同类产品低 10 倍。

图1

真正的“通电直播”

真正的基于闪存的FPGA保留配置存储器，而基于闪存的SRAM对应物在电源关闭时必须依靠闪存进行配置。因此，它们不仅消耗更多功率，而且无法实现“即时启动”上电 （LAPU） 状态。“即时启动”意味着一旦系统电压达到其最低水平，设备就会运行。与传统的基于 SRAM 的 FPGA（图 2）相比，混合解决方案的配置速度更快，尽管它们仍然比真正的基于闪存的“即时启动”FPGA 相关解决方案慢 40 倍（图 3）。此行为配置文件显示，混合设备配置需要超过 200 毫秒，从而导致上电后操作延迟。同时，真正基于闪存的FPGA是上电时实时的。因此，真正的非易失性FPGA在电压触发后立即激活，并在上电前工作。

图2

图3

可靠性

混合型 FPGA 也存在可靠性问题。由于底层架构仍然基于SRAM，因此这些解决方案会受到辐射影响。高能中子存在于地面大气中，会影响基于 SRAM 的 FPGA 的逻辑模块和路由矩阵，从而导致公司错误和完整的系统故障。真正的非易失性FPGA为系统关键型和任务关键型功能提供关键的抗错能力。

防止恶意攻击和黑客攻击

虽然通过将闪存移动到同一封装中可以减轻安全威胁，但将配置数据从闪存传输到混合设备的SRAM部分仍然使数据流容易受到黑客攻击和恶意攻击。相比之下，真正的基于闪存的FPGA不需要在上电时重新配置，从而消除了严重的风险。凭借 128 位高级加密标准 （AES） 解密内核等额外安全性，真闪存 FPGA 让 IP 提供商高枕无忧，并帮助设计人员防范克隆、逆向工程和拒绝服务攻击等安全问题。

模仿不等于复制

显然，并非所有“非易失性”或“闪存”FPGA器件都是平等的。一些标记为“闪存”的器件只是将闪存与基于SRAM的FPGA集成在一起，以最大限度地减少占用空间。真正基于闪存的 FPGA 是那些包含非易失性 FPGA 阵列的 FPGA，可显著降低功耗，缩短响应时间，并提供无与伦比的可靠性和不折不扣的安全性。真正的闪存FPGA解决方案的优点可以模仿，但不能复制。

审核编辑：郭婷