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飛向太空 Xilinx發表業界首款20奈米航太規格FPGA 推進衛星和太空應用
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自行調適與智慧運算的全球領導廠商賽靈思(Xilinx, Inc.,NASDAQ:XLNX)今日推出業界首款20奈米航太規格FPGA,為衛星和太空應用提供全面的抗輻射性、超高傳輸量與頻寬效能。全新的20奈米抗輻射Kintex® UltraScale™ XQRKU060 FPGA提供了真正的無限在軌(on-orbit)可重組能力,數位訊號處理(digital signal processing;DSP)效能提升達10倍以上,使之成爲酬載(payload)應用的理想選擇,同時在所有軌道上皆具有完全的抗輻射性。

XQRKU060亦將高效能機器學習首次帶上太空,它不僅支援TensorFlow和PyTorch等業界標準框架的多種機器學習開發工具,更透過完整的「處理與分析」解決方案,為太空中的即時機上處理提供神經網路推論加速。此外,XQRKU060具有可擴展精度和大型內建記憶體,能執行密集且節能的運算,並針對深度學習優化的INT8提供效能峰值每秒5.7兆次運算(tera operations per second;TOPs),與上一代產品相比增加近25倍。

有賴於賽靈思在空間領域的優勢及高度成功的65奈米航太規格元件,此次為太空應用而推出的20奈米元件使航太工業的製程向前推進了三個世代。它顯著減小了元件尺寸、重量和耗能,並具有強大的抗輻射性。XQRKU060作爲一款具有航太規格彈性的元件,可以幫助客戶應對惡劣太空環境中各種短期和長期任務。

賽靈思航太航空與國防垂直市場行銷航太系統架構工程師Minal Sawant表示:「賽靈思在開發尖端抗輻射技術並將其部署到可靠的航太規格解決方案方面具有悠久歷史。此次賽靈思推出全球最先進的航太處理節點,將鞏固公司在該領域的領先市場地位。20奈米抗輻射Kintex® UltraScale™ FPGA正打破業界標準,並為滿足高頻寬酬載、太空探索和研究任務的高運算需求設立了全新基準。」

可重組處理

XQRKU060是業界唯一真正的無限在軌可重組解決方案,其在軌可重組能力結合即時機上處理與機器學習加速功能,使衛星可以即時更新、提供隨選視訊,並且在飛行中執行即時運算以處理複雜的演算法。此機器學習的功能適用於科學分析、物體偵測和圖像分類等各種問題。以雲層探測為例,不論是在太空中或地面上,XQRKU060都能提高處理效率並減少決策延遲。隨著各項協議和應用不斷演進,XQRKU060的自行調適運算架構允許無限制的在軌重組,讓客戶在衛星發射前,甚至是已經部署於軌道後,都能進行最即時的產品更新。

符合航太應用的效能和彈性

XQRKU060針對密集型節能運算進行優化,提供優異的DSP能力。它配備了2,760個UltraScale DSP slices,並能提供高達1.6 TeraMAC的訊號處理運算能力,與上一代產品相比增加了10倍以上,顯著提升浮點運算的效率。更高的空間中運算能力有賴於32個高速收發器(SerDes)的超高I/O頻寬,可以在高達12.5Gbps的速度下提供400Gbps的頻寬調配。

SEAKR首席技術長Paul Rutt表示:「SEAKR® Engineering, Inc.已經與賽靈思合作長達15年,持續達成衆多頗具挑戰性的先進太空通訊應用任務目標。我們已將具有12.5 Gbps SerDes連接的賽靈思20奈米Kintex® UltraScale FPGA作為基準,在我們最新的先進射頻(RF)可重組處理器Wolverine中實現了高傳輸量、靈活且可重組的調變(reconfigurable modulation)、解調(demodulation)、渠道化和佈線能力。與上一代系統相比,該處理器藉由10倍的數位訊號處理運算能力進行直接RF採樣。」

XQRKU060還具有堅固的40×40毫米陶瓷封裝,能夠承受發射過程中的振動和操作,以及惡劣軌道環境中的輻射效應。該架構採用創新的設計以減輕單粒子效應(single event effects;SEE),進而滿足業界對所有軌道的需求,包含近地軌道(low earth orbit;LEO)、中地球軌道(medium earth orbit;MEO)、地球同步軌道(geosynchronous orbit;GEO)和深太空任務。

開發工具

XQRKU060透過賽靈思Vivado®設計套件帶來全新、簡化的開發環境。重新設計過的佈線架構可提供廣泛的佈線功能,以解決業界常見的瓶頸與挑戰。使用Vivado設計套件進行編程有助於消除佈線壅塞,進而在使用90%以上元件的情況下卻不會減損效能。系統設計人員和輻射團隊可憑藉Vivado將生產率最大化並減少開發的時間,有助推進發射時程。

此外,Vitis™統一軟體平台支援具有三重模組冗餘(Triple Modular Redundant;TMR)功能的MicroBlaze™軟處理器上的嵌入式軟體開發。未來的擴展將增加支援賽靈思統一軟體平台的 Vitis™ AI,可在賽靈思元件和生產卡上執行AI推論。

XQRKU060兼容解決方案強大的合作夥伴生態系已經就緒。生態系的合作夥伴解決方案將為客戶提供一系列產品,以加速他們的航太應用設計,包含原型開發板、符合航太需求的能源、記憶體與組態解決方案,以及單粒子翻轉緩解工具和IP。

供應時程

根據MIL-PRF-38535,賽靈思將自今年9月開始的B級和Y級測試流程中,提供20奈米抗輻射Kintex UltraScale航太規格XQRKU060-1CNA1509 FPGA飛行元件。機械樣品和原型單元現已上市。客戶可以使用KCU105 評估套件或Kintex UltraScale 航太開發套件開始設計原型。欲瞭解更多細節,敬請瀏覽網站:www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga/rt-kintex-ultrascale.html。

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