并非所有非易失性或閃存 FPGA 器件都是一樣的。本文探討了真正的非易失性FPGA的優勢 - 包括顯著降低功耗、更快的響應時間、無與倫比的可靠性和不折不扣的安全性 - 是無法復制的。

非易失性閃存為 FPGA 帶來了許多好處。真正的基于閃存的非易失性 FPGA 或包含非易失性 FPGA 陣列的 FPGA 可顯著降低功耗，提供更快的響應時間，并提供無與倫比的可靠性和不折不扣的安全性。

為了驗證這些優勢相對于自己的易失性器件的優勢，一些基于SRAM的FPGA供應商聲稱提供“單芯片，基于閃存”的解決方案。這些“混合”解決方案僅僅是閃存組件與底層SRAM FPGA技術的組合 - 要么與FPGA芯片集成到單個封裝中，要么堆疊或并排放置。不幸的是，FPGA陣列仍然易失性，并且受到與這些類型的設備相關的功耗，可靠性，安全性和上電緩慢的缺點的影響。

當然，封裝中硅（SIP）和多芯片封裝（MCP）的“混合”方法都克服了傳統SRAM解決方案的一些局限性，提供了更小的尺寸，略微降低了功耗，并在上電時間和安全性方面取得了小幅進展。但這些只是對純基于SRAM的兄弟的漸進式改進。為了實現真正的基于閃存的解決方案的全部優勢，我必須了解這些“混合”方法與真正的基于閃存的FPGA之間的主要區別，以及真正的基于閃存的解決方案提供的優勢。

權力很重要

真正的基于閃存的非易失性FPGA陣列的最大好處也許是顯著降低了功耗。如前所述，混合解決方案只是將閃存和基于SRAM的FPGA芯片組合在一起，這意味著固有架構仍然是基于SRAM的。因此，在與基于SRAM的FPGA解決方案相關的系統初始化期間，它們會受到有據可查的漏電流問題和功率尖峰的影響。

圖1顯示了真正的基于閃存的解決方案（當今市場上功耗最低的可編程器件）相對于基于SRAM的解決方案的功耗優勢。比較基于等效的 15k 系統門或 128 個宏單元。競爭對手A是基于SRAM的混合CPLD，競爭對手B是基于SRAM的“低功耗”CPLD。基于 5 微瓦的真正閃存 FPGA 的靜態功耗比同類產品低 10 倍。

圖1

真正的“通電直播”

真正的基于閃存的FPGA保留配置存儲器，而基于閃存的SRAM對應物在電源關閉時必須依靠閃存進行配置。因此，它們不僅消耗更多功率，而且無法實現“即時啟動”上電 （LAPU） 狀態。“即時啟動”意味著一旦系統電壓達到其最低水平，設備就會運行。與傳統的基于 SRAM 的 FPGA（圖 2）相比，混合解決方案的配置速度更快，盡管它們仍然比真正的基于閃存的“即時啟動”FPGA 相關解決方案慢 40 倍（圖 3）。此行為配置文件顯示，混合設備配置需要超過 200 毫秒，從而導致上電后操作延遲。同時，真正基于閃存的FPGA是上電時實時的。因此，真正的非易失性FPGA在電壓觸發后立即激活，并在上電前工作。

圖2

圖3

可靠性

混合型 FPGA 也存在可靠性問題。由于底層架構仍然基于SRAM，因此這些解決方案會受到輻射影響。高能中子存在于地面大氣中，會影響基于 SRAM 的 FPGA 的邏輯模塊和路由矩陣，從而導致公司錯誤和完整的系統故障。真正的非易失性FPGA為系統關鍵型和任務關鍵型功能提供關鍵的抗錯能力。

防止惡意攻擊和黑客攻擊

雖然通過將閃存移動到同一封裝中可以減輕安全威脅，但將配置數據從閃存傳輸到混合設備的SRAM部分仍然使數據流容易受到黑客攻擊和惡意攻擊。相比之下，真正的基于閃存的FPGA不需要在上電時重新配置，從而消除了嚴重的風險。憑借 128 位高級加密標準 （AES） 解密內核等額外安全性，真閃存 FPGA 讓 IP 提供商高枕無憂，并幫助設計人員防范克隆、逆向工程和拒絕服務攻擊等安全問題。

模仿不等于復制

顯然，并非所有“非易失性”或“閃存”FPGA器件都是平等的。一些標記為“閃存”的器件只是將閃存與基于SRAM的FPGA集成在一起，以最大限度地減少占用空間。真正基于閃存的 FPGA 是那些包含非易失性 FPGA 陣列的 FPGA，可顯著降低功耗，縮短響應時間，并提供無與倫比的可靠性和不折不扣的安全性。真正的閃存FPGA解決方案的優點可以模仿，但不能復制。

審核編輯：郭婷