Sie sind hier: HomeThemenSmart ComponentsSonstige

Microsemi: Kostenoptimierte und energiesparende FPGAs

Die IGLOO2-Familie von Microsemi nutzt eine Flash-basierende FPGA-Fabric der 4. Generation und ist zusätzlich mit Kommunikationsschnittstellen ausgestattet. Laut Unternehmensangaben handelt es sich bei IGLOO2 nicht nur um kostenoptimierte FPGAs, sondern auch um energiesparende, zuverlässige und sichere FPGAs.

Blockschaltbild Bildquelle: © Microsemi

Blockschaltbild

»Mit IGLOO2 können wir einen viel größeren Markt adressieren als mit unseren IGLOO-FPGAs«, erklärt Paul Ekas, Marketing Director von Microsemi. Der komplexeste Baustein der neuen Familie zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

  • 150.000 Logikelemente (LEs)
  • 240 DSP-Blöcke
  • 5G-SERDES-Transceiver mit 16 Kanälen
  • vier PCIe-Endpunkte, Gen2
  • Sicherheitsfunktionen der nächsten Generation.

Den Markt, den Microsemi mit seinen IGLOO2-FPGAs mit einer maximalen Komplexität von 150.000 LEs adressieren kann, beziffert Ekas auf ein Volumen von 1,2 Mrd. Dollar, das sich aus Anwendungen in den Märkten Industrie (400 Mio. Dollar), Verteidigung und Sicherheit (300 Mio. Dollar) und Kommunikation (drahtlos 200 Mio. Dollar, bedrahtet 300 Mio. Dollar) zusammensetzt. Und dieses Potenzial könne Microsemi mit seinen IGLOO2-Bausteinen jetzt heben, ohne die Konkurrenz fürchten zu müssen, denn »im Vergleich mit konkurrierenden FPGAs mit 5G SERDES-Transceivern und weniger als 150.000 LEs erlauben unsere IGLOO2-FPGAs dank der hohen Integration die niedrigsten Gesamtsystemkosten. Gleichzeitig erhöhen unsere FPGAs die Zuverlässigkeit, senken den Energieverbrauch und schützen wertvolle IP-Funktionen«, betont Ekas.

Als direkte Konkurrenten bezeichnet Ekas die Artix-7-SLT-Bausteine von Xilinx mit 131.000 LEs und die Cyclone-V-GT-FPGAs von Altera mit 150.000 LEs. Und im Vergleich dazu kommen die IGLOO2-FPGAs deutlich besser weg, und zwar in vielerlei Hinsicht. In diesem Zusammenhang verweist Ekas beispielsweise auf Punkte wie eine größere Anzahl an I/Os (574) und 3,3-V-PCI-komforme I/Os, aber auch mehr SERDES-Kanäle und PCIe-Endpunkte sowie DDR3-Controller, oder das verfügbare Memory-Subsystem, das bei den konkurrierenden Produkten komplett fehlt.

Das Memory-Subsystem weist die industrieweit größten Embedded-SRAM-Memory-Blöcke auf, die sich laut Ekas durch eine vorhersagbare, geringe Latenzzeit für zeitkritische Embedded-Applikationen auszeichnen. In dem Speicher-Subsystem sind darüber hinaus auch bis zu 512 KByte Flash integriert (Flash ist auf den konkurrierenden Bausteinen nicht zu finden), in das der Anwender Systemdaten wie Ethernet MAC IDs, User Keys, Systemkonfigurations- und Systempersonalisierungsdaten speichern kann. Damit sind Secure-Boot-Funktionen für Prozessoren realisierbar, indem sekundäre Boot Loader sicher auf dem Chip gespeichert werden. Zusätzlich enthält das Speicher-Subsystem noch zwei DMA-Controller und einen Memory Cache (DDR Bridges) mit zwei Ports. Damit können Daten innerhalb des FPGAs, aber auch von/zu externen DDR3-Speichern effizient hin und her bewegt werden.

Das sind aber noch nicht alle Alleinstellungsmerkmale der IGLOO2-FPGAs: Die Bausteine zeichnen sich außerdem durch eine sofortige Betriebsbereitschaft (instant on) und hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit aus. »Wir haben in den IGLOO2-FPGAs das Security System von Smart Fusion 2 übernommen«, so Ekas weiter. So enthalten die FPGAs Sicherheitsfunktionen wie beispielsweise »Root-of-Trust«. Ekas fügt hinzu: »Auch wenn konkurrierende Anbieter ihre Schlüssel mithilfe von AES verschlüsseln, können Hacker über Seitenkanalattacken wie die Differential Power Analysis oder kurz DPA den Schlüssel auslesen. Dieses Problem ist bei uns nicht gegeben.« Außerdem sind die Bausteine dank der Flash-basierenden Logik-Fabric immun gegen SEUs (Single Event Upsets), was SRAM-basierende Bausteine nicht für sich beanspruchen können.

Darüber hinaus benötigen die Bausteine nur zwei anstatt drei Versorgungsspannungen. Ekas nennt ein weiteres wichtiges Differenzierungsmerkmal: »Unsere Bausteine zeichnen sich durch die geringste statische Leistungsaufnahme aus.« Um das zu belegen, vergleicht er einen »Artix XA7A100T« (80K LEs) von Xilinx, einen »Cyclone V 5CGXFC4C« (50K LEs) von Altera und einen »IGLOO2 M2GL090« (90K LEs) von Microsemi und kommt zu folgendem Ergebnis:

XA7A100T: 566 mW,

5CGXFC4C: 388 mW,

M2GL090: 282 mW.

»Mit unserer ’Flash Freeze Power Management’-Technik sinkt die statische Leistungsaufnahme sogar auf 45 mW und liegt somit um den Faktor 10 unter dem Xilinx-Baustein«, erklärt Ekas.

Für die Entwicklung steht das »Libero SoC Software Toolset« zur Verfügung, worin auch FPGA-Entwicklungswerkzeuge von EDA-Anbietern wie Mentor Graphics und Synopsys enthalten sind. Der M2GL050-Baustein ist bereits verfügbar, weitere Familienmitglieder sind noch für dieses Jahr und für Frühjahr 2014 geplant. IGLOO2-FPGAs werden für den erweiterten Temperaturbereich (bis 125°C) angeboten.