Low-cost-FPGAs – auch für Automotive #####
FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) kommen bereits in einigen automobilen Anwendungen zu Einsatz. Eine neue, preisgünstige Familie verspricht mehr Rechenleistung bei gleichzeitig reduziertem Energiebedarf.
FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) kommen bereits in einigen automobilen Anwendungen zu Einsatz. Eine neue, preisgünstige Familie verspricht mehr Rechenleistung bei gleichzeitig reduziertem Energiebedarf.
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Mit der Spartan-6-Familie stellt nun der kalifornische Halbleiterhersteller Xilinx (www.xilinx.com) die mittlerweile sechste Generation von FPGAs für kostensensitive Anwendungen vor. Die Bausteine werden in einem 45-nm-Prozess mit neun Metallisierungsebenen gefertigt. Die Architektur orientiert sich an den High-end-Bausteinen der Virtex-Reihe. Im Gegensatz zum Virtex-5 verfügen die Spartan- 6-Logikzellen über jeweils zwei Register (Virtex-5: 1) und eine LUT (look up table) mit sechs Eingängen. Daneben enthalten die Bausteine dedizierte DSP-Blöcke und Speicherelemente. Die Spartan-6-LXT-Familienmitglieder enthalten, zusätzlich zu den Funktionen der konventionellen Spartan- 6-LX-Bausteine, bis zu acht 3,125- Gbit/s-Transceiver und einen PCI-Express- Block. Die leistungsfähigsten Mitglieder der Spartan-6-Familie enthalten bis zu 150 000 Logikzellen, 4,8 Mbit Speicher und einen Memory Controller zur Ansteuerung von DDR, DDR2, DDR3 oder mobile DDR.
Auch die bereits in anderen Xilinx- FPGAs eingesetzten Sicherheits-Funktionen AES-Verschlüsselung und Device DNA finden sich nun im Spartan- 6. Bei den beiden größten Bausteinen (LX100 und LX150) kann der Bitstream zur Programmierung des FPGAs verschlüsselt werden (256 bit). Zusätzlich kann der Bitstream einen „genetischen Fingerabdruck“ enthalten (Device DNA), der vom Entwickler vorgegeben wird.
Gegenüber den Vorgängerbausteinen verspricht Xilinx 20 Prozent mehr Rechenleistung, 40 Prozent Kostenersparnis und eine um bis zu 65 Prozent reduzierte Leistungsaufnahme. Muster der Spartan-6-Familie sind bereits verfügbar, die Volumenproduktion soll im Laufe des Jahres beginnen. Auch Unterstützung durch die hauseigene Entwicklungs-Software ist im Rahmen des „Early Access Program“ vorhanden.
Wie bei anderen Familien in der Vergangenheit, werden auch für die Spartan-6-Familie verschiedene Entwicklungs- Kits zur Verfügung stehen, mit denen sich die speziellen Eigenschaften der Bausteine (Transceiver, DSP-Funktionen) evaluieren lassen (Bild).
Neben Videoüberwachungsanlagen und Flachbildschirmen nennt Xilinx als Ziel-Applikation vor allem automobile Infotainment-Systeme. Dabei sollen die Bausteine durch die Integration von verschiedenen Video- und Speicherzugriffsfunktionen helfen, Strombedarf und Kosten zu senken. sj
Was bedeutet „automotive“ bei Bausteinen?
Auch wenn Hersteller als Anwendung für ihre neuen Bausteine Applikationen aus dem automobilen Umfeld angeben, handelt es sich in der Regel nicht um „echte“ Automotive-Bausteine. Voraussetzung für den Einsatz in Fahrzeugen ist in den meisten Fällen eine Bauteil- Qualifizierung nach AEC-Q100. Diese Norm ist zwar nur bedingt aussagekräftig und wird gegenwärtig vom Robustness-Validation-Ansatz schrittweise abgelöst, ist aber immer noch von allen Zulieferern und OEMs gefordert. Darüber hinaus müssen die Bausteine für den Einsatz im Fahrzeug verschiedene, von der Anwendung abhängige, technische Anforderungen (Temperatur, EMV etc.) erfüllen. Im Falle von Xilinx werden ausgewählte Bausteine nach dem eigentlichen Produktionsstart speziell einer Automotive-Qualifizierung unterzogen. Derzeit werden Bausteine aus den Produktfamilien 9500XL, CoolRunner-II, Spartan- 3E, Spartan-3A und Spartan-3A DSP als Automotive-Variante angeboten.
