NEC与米乐m6官方网站(以下简称AIST)是AIST等推动的开放式创新基地TIA(注1),安装了NEC专有的金属原子传输开关“NanoBridge(R)”技术,具有优异的耐辐射性,用于太空LSIFPGA(NB-FPGA)(注2)
当前 FPGA(SRAM型FPGA、注3)时,写入SRAM中的电路信息会因辐射的影响而发生变化,从而导致故障。另一方面,NanoBridge 的能效比传统 FPGA 高 10 倍,并且还具有卓越的抗辐射能力。
此次,NEC与日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)合作,使用开发的NB-FPGA来演示其在地面恶劣辐射环境下的运行。结果,我们确认NanoBridge的开/关状态在放射线照射前后没有变化。因此,NEC预测,与SRAM相比,NanoBridge将把由辐射引起的错误频率降低至1/100以下,并相信将有可能制造出兼具高耐辐射性和超低功耗的LSI。
NB-FPGA 是 NEC 和 AIST 联合开发的,利用 NEDO 的“实现低碳社会的超低压器件项目”的成果,使用 TIA 的半导体制造设备来生产 NanoBridge 的每种构成材料(图 1),包括固体电解质材料。 NB-FPGA是TIA开放创新的成果之一。
NEC和JAXA计划在2018财年发射的“创新卫星技术演示单元1”上安装NB-FPGA,并验证其实用性和可靠性。
人造卫星中使用的设备需要高可靠性,但太空中强辐射的影响会导致称为单粒子现象的电路故障。此外,由于辐射而发生故障也是地面通信设备中的类似问题。例如,当放射线进入LSI时,在半导体基板中产生电荷,并且根据电荷的存在或不存在,存储信息的SRAM中发生故障,导致电路信息被重写。
NanoBridge 利用固体电解质中金属(铜)原子交联的存在或不存在来打开和关闭信号(图 1)。即使电压关闭,开/关状态也会保持。 NanoBridge的金属原子桥不受入射辐射产生的电荷影响,因此即使在辐射无处不在的太空环境中,重写NB-FPGA电路的可能性也极低,实现了高可靠性。
JAXA 演示主题“创新 FPGA 空间环境性能在轨评估”(注4),我们将在2018年发射的首个创新卫星技术示范单元上安装NB-FPGA,并验证其实用性和可靠性。我们计划进行一个演示实验,将相机拍摄的图像使用NB-FPGA进行压缩并在恶劣的太空环境下进行传输。
为了准备上述太空演示实验,我们这次在地面进行了评估,发现NB-FPGA具有在太空实现高抗辐射的前景。
用于本次评估的NB-FPGA的特性如下。
- 传统 FPGA 电路系统中使用的 4 个输入查找表(注5),提高了兼容性和易用性。 8,000 个 LUT 在 64 x 64 单元芯片上实现。 (在太空演示实验中,图像压缩处理所需的37000个LUT均在NB-FPGA上实现。)
- 纳米桥开关三端结构(注6)提高了开关在关闭状态下的可靠性。一颗 NB-FPGA 包含多达 5100 万个开关,用于信号切换和 LUT 内存。
NEC 将继续致力于基于太空演示实验的结果实现高度可靠的 FPGA 商业化。一、车载设备、机器人、通讯设备(注7)等应用进行实际应用,并基于此经验,我们将针对人造卫星上的安装进行研究和开发。