SRAM 기반 FPGA 대비 전력 소비 1/2
10kRad 초과치 총이온화선량 노출도 견뎌
아키텍처에서 컨피규레이션 스위치 구현 가능


우주용 디바이스 개발자는 우주에서 지속적으로 동작해야하는 온보드 시스템을 구축할 때 내방사선 FPGA를 활용한다.

마이크로칩테크놀로지는 23일, 내방사선 ‘폴라파이어(PolarFire) FPGA’를 출시했다고 밝혔다.

우주용 애플리케이션은 점점 단순한 데이터가 아닌 가공된 데이터를 전송하고 있다. 또 제한된 다운링크 대역폭을 최대한 활용하기 위해 더욱 우수한 컴퓨팅 성능을 필요로 한다.

내방사선 폴라파이어 FPGA는 최대 5배의 컴퓨팅 스루풋이 요구되는 스페이스 애플리케이션에서 1.5배의 성능, 3배의 논리 소자 및 SERDES(SERializer-DESerializer) 대역폭을 제공한다.

기존 FPGA 대비 더욱 복잡한 시스템을 처리할 수 있도록 6배 높은 임베디드 SRAM를 제공하며, 지구 궤도를 돌고 있는 대다수 인공위성과 다수의 심우주 사업에서 일반적으로 발생하는 100킬로래드(kRad) 초과치의 총이온화선량(Total Ionizing Dose; TID) 노출도 견딘다.

동등한 밀도 및 성능을 지닌 SRAM 기반 FPGA와 비교했을 때, 내방사선 폴라파이어 FPGA의 소비 전력은 절반 수준이다.

개발자는 내방사선 폴라파이어 FPGA의 SONOS 비휘발성 기술로 아키텍처에서 컨피규레이션(Configuration) 스위치를 구현할 수 있다. 이를 통해 SRAM 기반 FPGA보다 단순한 설계가 가능하고 전력 소모를 줄일 수 있다.

내방사선 폴라파이어 FPGA는 V등급 인증을 포함하여 QML 표준을 만족시키기 위한 표준 프로세스를 거칠 예정이다. 해당 인증은 각 웨이퍼와 패키지 어셈블리 로트(Package Assembly Lot)에 대한 검사를 포함한 광범위하고 지속적인 테스트 수행을 필요로 한다.

브루스 와이어(Bruce Weyer) 마이크로칩 FPGA 사업부 부사장은 “폴라파이어 FPGA는 QML 인증을 위한 경로를 유지하면서도, 물체 감지 및 인식을 위한 프로세스 집약 신경망, 고해상도 수동·능동 이미징, 고정밀 원격 과학 측정 등의 애플리케이션이 필요로 하는 컴퓨팅 스루풋에서 진전을 이루었다”고 평했다.

마이크로칩 폴라파이어 RTPF500T FPGA는 통합 디커플링(decoupling) 커패시터가 포함된 밀봉 세라믹 원형 그리드 배열(Ceramic Column Grid Array; CCGA) 내에 패키징 되어 있으며, 2021년 우주 비행 구현에서 사용될 수 있도록 인증될 예정이다.

개발자는 마이크로칩의 ‘리베로 소프트웨어 툴 세트(Microchip’s Libero software tool suite)‘와 폴라파이어 MPF500T FPGA를 이용하여 디자인을 시작할 수 있다. 툴 세트에는 컨트롤 회로 등에서 사용되는 SEU 완화용 TMR(Triple Mode Redundancy)이 옵션으로 포함되어 있다.

개발 보드는 상용 폴라파이어 FPGA에서 이용 가능하며 차후 엔지니어링 모델 폼에서 내방사선 폴라파이어가 포함될 예정이다. 가용 방사선 데이터에는 TID, 단일 이벤트 래치업(Single-Event Latchup; SEL), 컨피규레이션 업셋, 비보호 D 플립플롭(D Flip-Flop; DFF) 업셋과 메모리가 포함된다.