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Xilinx propulse dans l’espace des FPGA en 20 nm pour des applications satellitaires

Publié le 20 mai 2020 à 12:47 par François Gauthier        Composant  Xilinx

Xilinx FPGA Kintex UltraScale XQRKU060

Alors que les FPGA conçus pour fonctionner dans l’espace sont plutôt l’apanage de Microsemi/Microchip (lié au savoir-faire historique d’Actel avec sa technologie à mémoire flash), Xilinx s’intéresse aussi de très près à ce marché en croissance. En témoigne l’annonce par le spécialiste de la logique programmable de son premier FPGA de classe spatiale fabriqué en technologie 20 nm et tolérant aux rayonnements (avec une résistance à une dose totale d’ionisation de plus de 100 Krad).

Le FPGA Kintex UltraScale XQRKU060, c’est son nom, apporte en plus, au-delà des caractéristiques propres aux architectures programmables, une fonction d’apprentissage automatique (Machine Learning) avec des outils de développement spécifiques qui prennent en charge des modèles issus de frameworks comme TensorFlow ou PyTorch. Objectif : accélérer l'inférence de réseaux de neurones pour un traitement embarqué en temps réel dans l'espace. Le FPGA affiche une performance de 5,7 téraopérations par seconde (Tops) optimisée pour les opérations d’apprentissage en profondeur (deep learning), soit, selon Xilinx, une augmentation d’un facteur 25 par rapport à la génération précédente.

S'appuyant sur l'héritage des composants de classe spatiale de Xilinx fabriqués en technologie 65 nm, l’arrivée de ce circuit en 20 nm offre, selon la société, une réduction significative de la taille, du poids et de la consommation des systèmes embarqués dans les satellites. Les capacités de reconfiguration en orbite du FPGA, associées au traitement à bord en temps réel et à l'accélération des modèles d’apprentissage automatique, permettent ainsi aux satellites de se mettre à jour en temps réel, de fournir de la vidéo à la demande et d'effectuer des calculs “à la volée” pour traiter des algorithmes complexes. Les capacités d’apprentissage automatique sont notamment adaptées à une variété de problèmes couvrant l'analyse scientifique, la détection d'objets et la classification d'images, assurant une efficacité de traitement et une latence de décision réduite, à la fois dans l'espace et au sol.

Pour atteindre ces niveaux de calcul, le XQRKU060 est équipé de 2 760 tranches DSP UltraScale et fournit jusqu'à 1,6 téraMAC de puissance de traitement du signal. La capacité de calcul accrue dans l'espace est associée à une bande passante d'E/S massive réalisée à partir de 32 émetteurs-récepteurs haute vitesse (blocs SerDes) pouvant fonctionner jusqu'à 12,5 Gbit/s pour fournir une bande passante agrégée de 400 Gbit/s.

Le XQRKU060 se présente sous la forme d’un boîtier en céramique de 40 x 40 mm capable de résister aux vibrations et à la manipulation lors du lancement des engins spatiaux ainsi qu'aux effets des rayonnements dans les environnements orbitaux difficiles. L'architecture est conçue pour atténuer les effets "singuliers" (SEE, Single Event Effects), répondant ainsi aux exigences de l'industrie pour toutes les orbites, y compris l'orbite terrestre basse (LEO), l'orbite terrestre moyenne (MEO) et l'orbite géosynchrone (GEO).

Côté outils de développement, Xilinx propose l’outil Vivado Design Suite, optimisé pour réduire les problèmes de congestion de routage, permettant à plus de 90% du circuit d'être utilisé sans dégradation des performances. Parallèlement, la plate-forme logicielle Vitis prend en charge le développement de logiciels implantés sur le cœur de processeur logiciel MicroBlaze installé dans le FPGA.

Les FPGA XNRKU060-1CNA1509 de qualité spatiale seront disponibles dans les flux de test en production de Xilinx de classe B et de classe Y selon le procédé MIL-PRF-38535 à partir de septembre de cette année. Des prototypes sont cependant disponibles dès maintenant avec le kit d'évaluation KCU105 pour réaliser du prototypage.

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