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NanoXplore/STMicroelectronics

Europäisches FPGA für Weltraummissionen zertifiziert

28. Januar 2026, 6:54 Uhr | Iris Stroh

NanoXplore und STMicroelectronics haben das strahlungsgehärtete SoC-FPGA NG-ULTRA für Weltraumanwendungen qualifiziert. Der Baustein ist für Satelliten in niedrigen und mittleren Erdorbits ausgelegt und soll unter anderem in Missionen wie Galileo, Copernicus und künftig IRIS² eingesetzt werden.

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NG-ULTRA ist das erste Produkt, das nach ESCC 9030 qualifiziert wurde, einem neuen europäischen Standard für Hochleistungsmikroelektronik in Flip-Chip-Technologie auf organischem Substrat oder Kunststoffgehäuse. Dieser Standard gewährleistet die für Weltraumanwendungen erforderliche Zuverlässigkeit und ermöglicht gleichzeitig den Übergang von traditionellen Keramikgehäusen – die zwar für Deep-Space geeignet, aber schwerer und teurer sind – und stellt damit einen wichtigen Fortschritt für Konstellationen und Missionen mit höheren Stückzahlen dar.

Die Dynamik des »New Space« (Konstellationen in niedrigen und mittleren Erdorbits, höhere Stückzahlen) verändert die Anforderungen an digitale Bordausrüstung und treibt eine Skalierungsverschiebung voran: Es besteht gleichzeitig Bedarf an höherer Rechenleistung, kontrolliertem Energieverbrauch und kostengünstigen Lösungen, die mit großflächigen Einsätzen kompatibel sind. NG-ULTRA begegnet dieser Herausforderung, indem es ermöglicht, mehr Daten direkt im Orbit zu verarbeiten (Edge Computing) und so Übertragungsengpässe zwischen Weltraum und Boden zu begrenzen.

NG-ULTRA richtet sich an strategische Funktionen wie Bordcomputer, Datenmanagement und Routing zwischen Subsystemen, Bild- und Videobearbeitung (Echtzeitkompression und -codierung), Software Defined Radio (SDR) – das eine Fernentwicklung von Kommunikationsmodi ermöglicht – und Bordautonomie (Erkennung, Identifikation, Überwachung).

»Die ESCC 9030-Qualifikation für das NG-ULTRA ist ein historischer Schritt. Sie beweist, dass Europa nun die gesamte Produktionskette für hochmoderne digitale Komponenten beherrscht, die auf die Anforderungen sowohl von Deep-Space- als auch von New-Space-Konstellationen zugeschnitten sind. Dank der Unterstützung von ESA, CNES und der Europäischen Kommission (über DG-DEFIS) sichern NanoXplore & STMicroelectronics die strategische Autonomie der EU und machen europäische Satelliten wettbewerbsfähiger denn je«, erklärt Édouard Lepape, CEO von NanoXplore. Und Thomas Goust, General Manager der Space Division, RF & Optical Communication Sub-Gruppe bei STMicroelectronics, fügt hinzu: »Weltraumanwendungen erfordern eine robuste, unabhängige Lieferkette sowie strahlungsgehärtete und kostenoptimierte Chips. ST nutzt sein Know-how im Bereich GEO- und LEO-Plattformen mit bewährter FD-SOI-Technologie, seine Fachkompetenz im Bereich Härtung, Fertigung, fortschrittliche Verpackung und Qualitätssicherung in Europa, um NanoXplores NG-ULTRA für den New-Space-Markt zu ermöglichen.«

Eine sichere, europäische Lieferkette

Über die Leistung hinaus verkörpert dieses Programm eine strategische Ambition, eine souveräne und nachhaltige europäische Lieferkette für Langzeitmissionen zu sichern, indem kritische Abhängigkeiten reduziert werden. Für NG-ULTRA kombiniert der industrielle Rahmen Design, Fertigung, Montage und Testkapazitäten an europäischen Standorten mit dem Ziel, Wettbewerbsfähigkeit, Serienproduktion und Weltraum-Qualität zu vereinen.

Neben eigenen F&E- und Designzentren in Paris, Grenoble und Montpellier nutzt NanoXplore verschiedene STMicroelectronics-Einrichtungen in Europa, darunter das F&E- und Designzentrum in Grenoble, die 300-mm-Digitalfertigung in Crolles, die auf Weltraum spezialisierte Verpackungsanlage in Rennes (Frankreich), die Test- und Zuverlässigkeitsstandorte in Grenoble (Frankreich) und Agrate (Italien) sowie weitere redundante qualifizierte Standorte in Europa.

Technische Spezifikationen

Mit einer »All-in-One«-SoC-Architektur (System on Chip), die speziell für Plattform- und Bordrechenanwendungen entwickelt wurde, kombiniert NG-ULTRA einen Mehrkernprozessor mit programmierbarer Hardware auf einem einzigen Chip. Diese Architektur ermöglicht größere Designflexibilität, reduziert die Komplexität der Elektronikplatine und die Anzahl der Komponenten und optimiert Latenz, Masse und Energieverbrauch.

NG-ULTRA basiert auf der 28-nm-FD-SOI-Digitaltechnologieplattform von STMicroelectronics, die für ihre Vorteile in Energieeffizienz, Strahlungsresistenz im Weltraum und fortschrittliche Architekturmerkmale bekannt ist. In Kombination mit einer einzigartigen fortschrittlichen Strahlungshärtungstechnologie ist NG-ULTRA darauf ausgelegt, die thermischen Zyklen, Stöße und Vibrationen beim Start und die langfristige Lebensdauer im Orbit zu überstehen, um erstklassige Leistung und Haltbarkeit in der rauen Weltraumumgebung während der gesamten Missionsdauer zu gewährleisten.

Das NG-ULTRA wurde entwickelt, um in harten Strahlungsumgebungen zuverlässig zu arbeiten, mit einer Toleranz gegenüber einer gesamtionisierenden Dosis (TID) von bis zu 50 krad (Si) zur Sicherstellung der Langzeitleistung. Es zeigt zudem eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Einzelereigniseffekte, mit einer Immunität gegen Single Event Latch-up (SEL) getestet bis zu 65 MeV·cm²/mg und einer Immunität gegen Single Event Upset (SEU) validiert für Linear Energy Transfer (LET)-Werte über 60 MeV·cm²/mg.

NG-ULTRA integriert ein vollständiges SoC basierend auf einem Quad-Core Cortex R52 und bietet hohe Rechenleistung (537k LUTs + 32 Mb RAM), um die komplexesten Anforderungen an Bordcomputer zu erfüllen.

Seine Architektur reduziert die Komplexität der Leiterplatte und die Systemmasse – zwei der kritischsten Einschränkungen im Weltraumdesign. Durch die Minimierung der Bauteilanzahl senkt NG-ULTRA gleichzeitig den Gesamtenergieverbrauch und die Projektkosten und erhöht die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems.

Darüber hinaus ermöglicht die SRAM-basierte Architektur von NG-ULTRA einen adaptiven Hardware-Ansatz, der eine unbegrenzte Neukonfiguration im Orbit erlaubt. Damit können Betreiber Funktionen nach dem Start aktualisieren, sich an entwickelnde Kommunikationsstandards anpassen oder den Chip für verschiedene Missionsphasen optimieren.

NG-ULTRA ist auch als Evaluierungskit erhältlich – eine vollständige Prototyping-Plattform, die eine schnelle Validierung von Leistung und Schnittstellen ermöglicht, Integrationsrisiken reduziert und die Software- und Bordlogikentwicklung vor der Serienproduktion beschleunigt.