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

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1 FPGA Field Programmable Gate Array Aktuelle Bausteine und ihre Anwendung von Aeroflex Von Kai Schlegel Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. U. Schaarschmidt

2 FPGA Field Programmable Gate Array Aktuelle Bausteine und ihre Anwendung von Aeroflex Gibt's nicht mehr! Von Kai Schlegel Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. U. Schaarschmidt

3 FPGA Field Programmable Gate Array Aktuelle Bausteine und ihre Anwendung von Cobham Von Kai Schlegel Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. U. Schaarschmidt

4 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

5 1. Einleitung Strahlenresistente FPGAs

6 1. Einleitung Strahlenresistente FPGAs Anwendungen Raumfahrt Luftfahrt

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8 1. Einleitung Strahlenresistente FPGAs Anwendungen Raumfahrt Luftfahrt Militär

9 1. Einleitung Strahlenresistente FPGAs Anwendungen Raumfahrt Luftfahrt Militär Kernkraftwerke

10 1. Einleitung Strahlenresistente FPGAs Anwendungen Raumfahrt Luftfahrt Militär Kernkraftwerke Medizintechnik

11 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 Chip-Exporte nach China 2014: Verkauf an Cobham für $1,46 Milliarde Britisches Rüstungsunternehmen

12 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 Chip-Exporte nach China 2014: Verkauf an Cobham für $1,46 Milliarde Britisches Rüstungsunternehmen

13 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 Chip-Exporte nach China 2014: Verkauf an Cobham für $1,46 Milliarde Britisches Rüstungsunternehmen

14 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 Chip-Exporte nach China 2014: Verkauf an Cobham für $1,46 Milliarde Britisches Rüstungsunternehmen

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16 3.1 FPGAs - Allgemeines Besteht aus Basiszellen und Kanälen

17 3.1 FPGAs - Allgemeines Programmierung: Basiszellen: Lookup Table Kanäle: Verbindungen herstellen

18 3.2 FPGAs - Realisierung einer Kanalverbindung SRAM-Zelle Flash-Zelle Antifuse

19 3.3 FPGAs Auswirkung von Strahlung Strahlung kann die Funktion von MOSFETs einschränken

20 3.3 FPGAs Auswirkung von Strahlung Strahlung kann die Funktion von MOSFETs einschränken Es entstehen Single Event Effects (SEE)

21 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 neuprogrammierung behoben werden (3)Single Event Transient (SET) Kurzzeitige Schwankung in einem Signalpegel

22 3.4 FPGAs Antifuse

23 3.4 FPGAs Antifuse Inverse Sicherungen Beim Programmierung wird eine Isolationsschicht durchbrannt und eine niederohmige Verbindung hergestellt Vorteil gegenüber der Fuse-Technik:

24 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

25 3.4 FPGAs Antifuse Vorteile gegenüber SRAM und Flash Keine MOSFETs notwendig Strahlenresistent Schnelle Programmierung Nachteil

26 3.4 FPGAs Antifuse Vorteile gegenüber SRAM und Flash Keine MOSFETs notwendig Strahlenresistent Schnelle Programmierung Nachteil One-Time-Programmable (OTP)

27 3.4 FPGAs Antifuse Kombinatorische (K-)Zellen für Boolsche Logik Register (R-)Zellen für Register

28 4. Cobham FPGAs RadTol Eclipse FPGA UT6325

29 4. Cobham FPGAs RadTol Eclipse FPGA UT6325 Total Ionizing Dose (TID)

30 4. Cobham FPGAs RadTol Eclipse FPGA UT6325 Linear Energy Transfer Threshold (LETTH)

31 4. Cobham FPGAs RadTol Eclipse FPGA UT6325 Saturated Cross Section

32 4. Cobham FPGAs RadTol Eclipse FPGA UT6325 Latch-Up Immune bei >100 MeV cm²/mg

33 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

34 5. Anwendungsbeispiel

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

36 Fragen?

37 Danke!

38 Quellen Cobham: RadTol Eclipse FPGA Products, unter: (letzter Abruf am ) Shiffman, J. / Wilson, D. (2013) How China's weapon snatchers penetrate American defenses. Reuters Investigates. Unter: (letzter Abruf am ) Ehlert A. (o.d.) Technologie Überblick Flash & Antifuse vs. SRAM. Actel. Unter: (letzter Abruf am ) Wikipedia, Stichwort Single Event Effect. Unter: (letzter Abruf am ) Wikipedia, Stichwort Aeroflex. Unter: (letzter Abruf am ) Wikipedia, Stichwort Cobham plc. Unter: (letzter Abruf am ) Institut für Raumfahrtsysteme. Flying Laptop Projekt. Unter: (letzter Abruf am ) 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: (letzter Abruf am )