為何使用閃存工藝?

在許多應用中
，基於SRAM的FPGA器件也能夠提供與基於閃存的FPGA相似的特性和功能。然而
，由於這些FPGA使用SRAM單元來保持配置模式，當電源消失時，配置模式也消失了；在電源恢複時，係統必需重新載入配置模式，通常經由一個串行接口
，這可能要花數十或數百毫秒的時間。

另一方麵，在基於閃存的FPGA中，配置模式保存在芯片上的非易失性存儲器單元，甚至電源被移除時，閃存單元中的內容仍然保持完好無缺
；當係統重新啟動時

，FPGA可在數微秒內上電
，節省了寶貴的時間，可讓係統快速從電源故障或者重新啟動中恢複。

過去
，基於閃存的FPGA在密度、性能和片上特性，比如處理器內核、高速I/O通道和其它需要高密度的功能方麵，也都落後於基於SRAM的器件。這種落後主要是由於縮減閃存單元的所需的挑戰，通常閃存單元需要的尺寸超過了芯片上其餘SRAM邏輯組件。更大的尺寸帶來更低的性能，並且無法在FPGA上集成高性能處理器內核和其它功能。

然而，工藝技術的進步現在可讓FPGA設計人員縮減閃存配置單元的尺寸
，並且將它們集成進先進的邏輯工藝中，推動基於閃存的高性能FPGA提供不下於SRAMFPGA，甚shen至zhi更geng加jia優you越yue的de特te性xing和he功gong能neng，並bing且qie通tong常chang具ju有you更geng低di的de係xi統tong成cheng本ben。此ci外wai
，由you於yu無wu需xu外wai部bu配pei置zhi存cun儲chu器qi
，基ji於yu閃shan存cun的de陣zhen列lie器qi件jian具ju有you更geng小xiao的de係xi統tong占zhan位wei麵mian積ji
，並bing且qie消xiao耗hao更geng少shao功gong率lv。

閃存技術已從專用工藝變成了主流工藝，使得基於閃存的FPGA器件可以在成本敏感的市場上進行競爭，同時提供超過150KLE的邏輯密度(圖1)。閃存FPGA的集成功能還提供了可以幫助減少係統複雜性、降低係統功率和減少總體係統成本的係統級解決方案。

圖1:具有最高150KLE的FPGA有著許多市場機會，範圍從大約3億美元的國防和安全市場以至5億美元的綜合有線和無線市場
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圖2簡明比較了閃存FPGA與相近密度SRAMFPGA器件之集成特性。


雖然，基於閃存的FPGA和同等密度的基於SRAM的FPGA有許多共同之處
，但除了閃存或SRAM配置性的不同之外
，兩者之間還有許多顯著的特性區別

，主要是I/O引腳的數目、SERDES通道的數目，以及基於閃存的FPGA加入了高性能存儲器子係統及嵌入式安全功能，包括AES256或SHA256加密/解密功能。

對於中等密度範圍器件
，設計人員在特性、I/O引yin腳jiao，以yi及ji封feng裝zhuang選xuan項xiang方fang麵mian擁yong有you豐feng富fu選xuan擇ze
，能neng夠gou滿man足zu任ren何he一yi個ge係xi統tong需xu求qiu。然ran而er，不bu同tong的de產chan品pin係xi列lie提ti供gong不bu同tong的de特te性xing組zu合he，因yin而er沒mei有you一yi個ge產chan品pin係xi列lie可ke以yi解jie決jue每mei一yi個ge係xi統tong需xu求qiu。對dui於yu幫bang助zhu設she計ji人ren員yuan降jiang低di係xi統tong複fu雜za性xing的de嵌qian入ru式shi係xi統tong支zhi持chi功gong能neng
，也ye有you同tong樣yang情qing況kuang。許xu多duo基ji於yu閃shan存cun和he基ji於yuSRAM的FPGA器件均擁有相同的功能，比如PCIe端點、SRAM模塊
、DSP模塊(可配置乘法器-累加器功能)等片上功能，以及可編程的邏輯模塊。

然而
，更多的獨特功能

，比如嵌入式處理器、存儲控製器、多千兆位/秒SERDES端口，以及專用的數據保密/解密支持
，則限於個別器件。

有功和待機模式下的功耗
，通常是選擇FPGA的決定性因素，尤其是如果最終係統必需在低功率模式下運作，或者在停電時必需以備份電池工作盡可能長的時間。

功率需求

圖3顯示了FPGA器件在係統啟動和連續工作期間的不同運行模式。對比基於SRAM的FPGA器件，基於閃存的器件提供了諸多的節能優勢，這是由於它們無湧入功率和配置功率，因此能夠以顯著低於SRAMFPGA器件的運行功率運作。


不斷增長的連接性迫使設計人員更努力保持係統安全性，以防止黑客攻擊及提供經由互聯網與其它係統安全通信的能力。

然(ran)而(er)
，一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)一(yi)旦(dan)連(lian)接(jie)至(zhi)互(hu)聯(lian)網(wang)便(bian)會(hui)成(cheng)為(wei)黑(hei)客(ke)的(de)目(mu)標(biao)，黑(hei)客(ke)可(ke)能(neng)會(hui)試(shi)圖(tu)通(tong)過(guo)下(xia)載(zai)新(xin)的(de)配(pei)置(zhi)數(shu)據(ju)來(lai)損(sun)壞(huai)係(xi)統(tong)。為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)發(fa)生(sheng)，現(xian)在(zai)一(yi)些(xie)FPGA器件加入了安全子係統，確保僅有獲授權的配置代碼或控製程序會被載入和執行，這個過程稱作“安全啟動”。現在一些內置對策可防止物理攻擊，比如防篡改和存儲器的歸零化，基於閃存的FPGA器件可以使用片上的安全快閃存儲來保密密匙和關鍵數據。

今天的FPGA器件可以加入硬線係統安全模塊以執行NIST認證的AES256
、SHA256和橢圓曲線加密算法

，以期提供實時加密/解密。此外，還可以加入隨機數發生器和物理不可克隆功能(PUF)。PUF可以用於在公匙基礎設施(PKI)方案中生成私匙，僅為設備知曉，從而簡化用戶密匙管理
；當然，隨機數字也廣泛用於密碼協議。今天以安全為中心的SoCFPGA可以僅由獲授權的加密位流來編程。某些設計人員會集成行業標準微控製器和子係統與內置安全功能。

今天FPGA器件的許多其它特性為網絡和數據通信市場應用提供了係統解決方案。例如
，加入片上每秒5千兆位SERDES端口和多個PCIe串行接口以作為高帶寬接口，用於XAUI/XGXS和其它高速網絡接口等應用。通過加入足夠的通用I/O引腳，今天的FPGA器件還提供了必需的I/O引腳與內核邏輯比率，從而確保設計人員無需選擇超過需求的尺寸較大FPGA器件來獲得更高的I/O數目。最終，充足的靜態RAM和嵌入式非易失性存儲器(至少5兆位SRAM和4兆位eNVM)為設計人員提供了充足的存儲以保存寄存器文件、高速緩存和緩衝存儲，加上集成DSP模塊，可讓FPGA器件實施複雜的信號處理算法和網絡協議，處理數據包檢查
，以及其它網絡功能。

基於閃存的FPGA提供了廣泛的功能
，可讓設計人員創建高集成度係統解決方案以降低係統成本、最小化印刷電路板麵積和功率需求，並且提供超過SRAMFPGA的性能優勢。

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