在最近的IEEE核與空間輻射效應(yīng)會議（NSREC）、元器件與系統(tǒng)的輻射效應(yīng)會議（RADECS）、軍事和宇航可編程邏輯器件會議（MAPLD）上出現(xiàn)了一些關(guān)于超深亞微米FinFET晶體管的輻射加固研究工作。

 去年ESA和NASA的FPGA討論會上，Xilinx宣布其下一代宇航級可編程邏輯器件（PLD）為RT-ZU19EG。RT-ZU19EG屬于16nm FinFET UltraScale+ MPSoC系列產(chǎn)品，將采用抗輻射加固的商用ZU19EG芯片，與V5QV QML-Y級FPGA相同的陶瓷封裝，其中RT表示輻射加固（Radiation Tolerant）。

 總劑量（TID）輻射損傷取決于絕緣氧化物中電荷的積累程度，以及它們?nèi)绾斡绊懹性磪^(qū)。3D晶體管和平面晶體管之間的幾何形狀變化導(dǎo)致二者對TID具有不同響應(yīng)：對于一些體FinFET，側(cè)壁中的電荷積累會導(dǎo)致閾值電壓漂移，而窄鰭絕緣體上硅（SOI）晶體管則本質(zhì)抗總劑量輻射。

        單粒子效應(yīng)（SEE）取決于使器件翻轉(zhuǎn)的關(guān)鍵電荷，以及器件收集電荷的能力，這些因素都取決于器件的幾何結(jié)構(gòu)、工作電壓和電路結(jié)構(gòu)。一些FinFET需要更長的時(shí)間消除輻射導(dǎo)致的載流子。

       通常16nm低壓工藝的2D晶體管具有很好的抗總劑量和栓鎖能力。但隨著超深亞微米半導(dǎo)體邏輯密度的增大，意味著輻射攻擊會導(dǎo)致更多邏輯位翻轉(zhuǎn)。

在原始性能方面，RT-ZU19EG將比賽靈思目前提供的V4和V5QV宇航級FPGA要好幾代。其速度和邏輯資源范圍大大超過了所有現(xiàn)有的SRAM型、反熔絲型和基于閃存的宇航用PLD。

表 Xilinx宇航級FPGA參數(shù)對比

然而，規(guī)模大并不意味著最好，如果在飛行器中需要小規(guī)模的數(shù)字控制或處理器件，則大規(guī)模超深亞微米PLD可能不總是最有效的（例如，功耗、PDN、尺寸、成本）數(shù)字解決方案。3D機(jī)構(gòu)FinFET晶體管顯著限制了短溝道泄露電流，供電電壓更低，同時(shí)降低了功耗。例如，與28nm工藝相比，16nm FinFET工藝器件性能可提高50%或者功耗降低50%。

       Xilinx的UltraScale + MPSoC系列是一種將處理系統(tǒng)（PS）與現(xiàn)場可編程邏輯（PL）組合在一起的異構(gòu)處理平臺。ZU19EG的處理系統(tǒng)包括3個(gè)主要的處理單元：

• 一個(gè)四核64位ARM v8 Cortex-A53應(yīng)用處理單元（APU）

• 雙核32位ARM v7 Cortex-R5實(shí)時(shí)處理單元（RPU）

• 一個(gè)Mali-400圖形處理單元（GPU）

這些處理元件通過中央交換機(jī)連接到多路復(fù)用I/O（MIO）外設(shè)、各種存儲器和高速串行鏈路接口。

圖 Zynq UltraScale+ MPSoC頂層框圖

像商業(yè)領(lǐng)域一樣，F(xiàn)inFET技術(shù)在宇航領(lǐng)域具有很大潛力，我期待FinFET能夠提高衛(wèi)星和航天器的抗輻射能力和長期可靠性。首個(gè)引腳兼容的商用ZU19EG樣品將在今年下半年推出，RT-ZU19EG將在2018年發(fā)布。