우주선용 전자장치 개발자들은 향후 우주 산업에서 필요로 하는 우수한 성능에 대한 수요를 충족하고, 혹독한 발사 과정을 견디며, 가혹한 우주 환경에서도 높은 신뢰성을 바탕으로 지속적으로 동작하는 온 보드 시스템(on-board system)을 구축하기 위해 내방사선 FPGA(RT Field Programmable Gate Array)를 활용한다. 마이크로컨트롤러, 혼합 신호, 아날로그 반도체 및 플래시-IP 솔루션 분야의 세계적인 리더인 마이크로칩테크놀로지(북아시아 총괄 및 한국대표: 한병돈)는 새롭게 부상하는 고성능 스페이스 애플리케이션에 이들 기능을 적용할 수 있도록 자사의 내방사선 FPGA를 한층 더 확장하고자, 우주선 탑재 시스템의 고속 데이터 경로의 까다로운 조건에 최적화된 내방사선 PolarFire FPGA(RT PolarFire FPGA)를 출시했으며, 해당 제품은 가장 낮은 소비전력 및 발열 또한 최저 수준으로 낮은 것이 장점이다.

마이크로칩 FPGA 사업부 부사장인 브루스 와이어(Bruce Weyer)는 “마이크로칩은 시스템 비용을 낮추는 동시에 뛰어난 수준의 동작 성능, 밀도, 낮은 소비전력과 최소한의 열 방출을 필요로 하는 일련의 발전된 위성 탑재용 스페이스 애플리케이션을 지원한다”며, “마이크로칩의 내방사선 PolarFire FPGA는 QML 인증을 위한 경로를 유지하면서도 물체 감지 및 인식을 위한 프로세스 집약 신경망, 고해상도의 수동 및 능동 이미징, 고정밀 원격 과학 측정 등의 애플리케이션이 필요로 하는 컴퓨팅 스루풋에 있어 커다란 진전을 이루었다”고 밝혔다.

점점 더 많은 스페이스 애플리케이션이 단순 데이터가 아닌 가공된 정보를 전송하고 제한된 다운링크 대역폭을 최적으로 사용하고자 더욱 우수한 컴퓨팅 성능을 필요로 한다. 내방사선 PolarFire FPGA는 주문형 반도체(ASIC) 대비 훨씬 낮은 비용과 더욱 빠른 디자인 주기를 기반으로 이와 같은 성능을 선보인다. 또한, SRAM 기반의 FPGA를 사용하는 대안과 비교할 때 방사선에서 발생되는 컨피규레이션 업셋 취약성을 제거하면서도 전력소모를 현저히 감소시킨다. 내방사선 PolarFire FPGA는 고객이 디바이스의 상용 버전을 통해 즉시 새로운 디자인을 시작할 수 있도록 모든 필수 방사선 데이터와 스펙, 패키지 세부 정보와 툴을 지원한다.

내방사선 PolarFire FPGA는 마이크로칩의 RTG4 FPGA의 성공에 기반하고 있다. RTG4 FPGA는 단일 이벤트 업셋(SEU)에 대해 디자인 측면에서 방사선 경화가 요구되고, 단일 이벤트 래치업(SEL)과 컨피규레이션 업셋에 대해서는 내재적 면역이 요구되는 스페이스 애플리케이션에서 광범위하게 구현되고 있다. 내방사선 PolarFire FPGA는 최대 5배의 컴퓨팅 스루풋이 요구되는 스페이스 애플리케이션에서 1.5배의 성능, 3배의 논리 소자 및 SERDES(serializer-deserializer) 대역폭을 제공한다. 또한 내방사선 PolarFire FPGA는 기존 FPGA대비 더욱 복잡한 시스템을 처리할 수 있도록 6배 높은 임베디드 SRAM를 제공하며, 지구 궤도를 돌고 있는 대다수 인공위성과 다수의 심우주 사업에서 일반적으로 발생하는 100 킬로래드(kRad) 초과치의 총이온화선량(TID) 노출도 견뎌낸다.

내방사선 PolarFire FPGA는 동등한 밀도 및 성능을 지닌 SRAM 기반의 FPGA 대비 소비전력을 약 절반 수준으로 감소시킨다. 내방사선 PolarFire FPGA의 SONOS 비휘발성(NV) 기술을 바탕으로 보다 우수한 전력 효율성을 갖는 아키텍처에서 컨피규레이션 스위치를 구현할 수 있으므로, 열 관리 문제를 줄이고자 열 방출을 최소화하는 동시에 더욱 저렴한 비용과 낮은 소비전력을 갖는 단순한 시스템 디자인을 통해 개발 및 BOM 비용을 절감할 수 있다. 내방사선 PolarFire FPGA는 컨피규레이션 SEU(configuration SEU) 완화를 위한 비용, 복잡성, 복구 다운타임을 제거하므로 SRAM 기반의 FPGA를 이용할 때와 비교해 디자인을 훨씬 단순화할 수 있다.

내방사선 PolarFire FPGA는 고도로 핵심적인 애플리케이션에 부여되는 V등급 인증을 포함하여 QML 표준을 만족시키기 위한 표준 프로세스를 거칠 예정이다. 마이크로칩은 RTG4 FPGA 및 여타 제품에 대한 QML 인증을 획득하는 데 있어 오랜 경험을 보유하고 있으며, 해당 인증은 각 웨이퍼와 패키지 어셈블리 로트(package assembly lot)에 대한 검사를 포함하여 광범위하고 지속적인 테스트 수행을 필요로 한다.

마이크로칩의 내방사선 PolarFire RTPF500T FPGA는 통합 디커플링 캐패시터(integrated decoupling capacitors)가 포함된 밀봉 세라믹 원형 그리드 배열(CCGA) 내 패키징 되어 있으며, 2021년 우주 비행 구현에서 사용될 수 있도록 인증될 예정이다. 고객들은 이제 마이크로칩의 리베로 소프트웨어 툴 세트(Microchip’s Libero® software tool suite)와 상용 PolarFireMPF500T FPGA를 이용하여 디자인을 시작할 수 있다. 이들 툴에는 컨트롤 회로 등에서 필요에 따라 사용되는 단일 이벤트 업셋(SEU) 완화용 TMR(Triple Mode Redundancy)이 옵션으로 포함되어 있다. 개발 보드는 상용 PolarFire FPGA에서 이용 가능하며 차후 엔지니어링 모델 폼에서 내방사선 PolarFire 디바이스가 포함될 예정이다. 가용 방사선 데이터에는 총이온화선량(TID), 단일 이벤트 래치업(SEL), 컨피규레이션 업셋, 비보호 D플립플롭(DFF)의 업셋과 메모리가 포함된다. 더욱 자세한 정보는 내방사선 PolarFire 웹사이트(RT PolarFire web site)를 방문하거나 sales.support@microsemi.com으로 문의하면 된다.