Antifuse-based Devices
与SRAM-based技术不同,基于反熔丝技术的设备,编程需要一个离线的编程器。反熔丝FPGA的开发者列出如下优势:
1、反熔丝FPGA一样是非易失的(关机后配置数据仍然保留),这就意味着它们的启动速度非常快,且不需要外部存储芯片来保存配置数据,节省了额外的物料成本以及PCB设计空间。
2、反熔丝FPGA的另一个优势就是它们的内部架构设计是抑制噪声的,这就意味着它们可以过更高的EMC标准。这就在军航天中的应用就非常的有意义,因为基于SRAM-based技术的FPGA由于大干扰是会影响SRMA中的值,导致翻转,程序出错。相比之下,一旦反熔丝的FPGA编程完,它不会被EMC改变,几乎无这种可能。
PS:这里说个题外话,应该注意的是,这些设备中的任何触发器对EMC都很敏感。因此,工作在复杂环境下的芯片,对于EMC的干扰,必须拥有多重的抗干扰冗余设计。
3、最大的优势其实在于基于反熔丝的FPGA由于其技术特性,编程结果都在其芯片内部,这就导致了几乎不可能对其进行逆向工程。每个反熔丝的编程都是逐个进行的,当编程完毕时,就有可能设置一个特殊的安全保险丝,它随后阻止任何编程数据(以存在或没有保险丝的形式)从设备读取出来。即使是将FPGA进行磨片逆向,其反熔丝也是在内部金属氧化层内,使得逆向工程几乎不可能成功。
4、相同规模的基于反熔丝的FPGA的功耗只有SRAM-based FPAG的20%,运行功耗显著较低,其内部的信号传输延迟更小。同时,同性能规格的反熔丝要比等效的SRAM单元小得多,所以芯片尺寸也会更小。
当然,它也有不方便的地方:
它是OTP性质的(One Time Programmable)。这就使得它不适合项目初段的开发任务。
内部反熔丝需要额外的编程电路,每个反熔丝都需要一个编程晶体管。这是额外开销。
基于反熔丝技术的FPGA通常要比SRAM-based FPGA总是要落后几代,性能上的差距不小。
现在项目中应用到反熔丝技术的FPGA,基本不多,只有在复杂环境,高可靠性要求的项目中,才会用到。因为随着技术的发展,SRAM-based的FPGA的性能要比反熔丝FPGA高太多。
E2PROM/FLASH-based Devices
这个是三大类架构中的最后一种,基于FLASH编程技术FPGA。
基于E2PROM或flash的fpga与SRAM类似,它们的配置单元通过长移位寄存器式链连接在一起。一样可以进行离线编程,同时有些一样可以进行ISP,但是花费的时间一般是SRAM的三倍左右。
但是,它一样有以下优势:
1、与反熔丝一样,是非易失的,上电快速启动。
2、在保密性方面,使用了密 钥等方式,保护了配置程序的安全。一旦对FPGA进行了编程,就可以加载用户定义密钥(位模式)以保护其配置数据。在密钥被加载之后,从设备读取数据或向设备写入新数据的唯一方法是通过JTAG端口加载密钥副本。
3、双晶体管结构的E2PROM和FLASH单元尽管是单晶体结构的EPROM体积的2.5倍,但是依旧要比SRAM串行架构单元要小的多,所以,一样可以做到芯片尺寸更小,以及信号延迟更低。
同样,也有不小的劣势:
工艺比SRAM FPGA要复杂,性能也比其要落后几代。最重要的一点,由于其内部架构原因,有很多的上拉电阻,导致其静态功耗较大。
不过Actel旗下也有基于FLASH架构的低功耗FPGA。
Hybrid FLASH-SRAM Devices
最后,介绍一种比较新颖的架构,FLASH-SRAM混杂架构。分别在其不同的侧重功能点,选择了优势的架构,集合在一个芯片上,使得两者的优势共存,劣势互补。
下一章将介绍FPGA的粗细颗粒之分以及逻辑单元块的介绍。