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Microsemi非易失性 FPGA 具有配置翻转免疫能力。分为Flash FPGA和反熔丝FPGA，如图4所示。
图4 Flash FPGA和反熔丝FPGA Flash FPGA，高能粒子(大气中子、太空中的重离子 )不能产生足够的电荷来让浮栅错误地改变状态。 反熔丝FPGA，反熔丝 FPGA 具有一个永久编程的金属链接，不会因高能粒子和其他辐射而发生改变。 中子导致的数据故障(软错误)，Flash FPGA 和 SRAM FPGA 的数据翻转率相似，这是基于第三方机构 iROC Technologies 所做的分析。 翻转率是以每一亿小时，每百万个触发器计算，每个故障等于一个D型触发器数据的翻转，可以用EDAC/FEC、奇偶校验、CRC等方法轻易校正。 中子导致的配置故障(固件错误)，每个故障等于FPGA器件的失效，而越先进的工艺通常故障率越高。 深亚微米技术增加了固件错误发生的概率，半导体的工艺越现金使得由辐射引起的故障率越高，随着CMOS技术工艺尺寸继续缩小，这对固件错误带来实质性影响。如果器件发生翻转所需的临界电荷为QCRIT，QCRIT~VCC×CNODE。更低的电源电压(VCC)增加了固件错误的易感性，使得单粒子翻转更为普遍;更小的栅极面积 (CNODE)使得电容更小，相关的临界电荷也会减少，因此也增加了固件错误的易感性。在CMOS技术中，工艺尺寸的缩小，使得栅极面积减小，并使电源电压降低，这两个因素都会让单粒子翻转变得更容易。 Microsemi下一代的Flash FPGA仍将具有固件错误免疫能力，由于Flash工艺的特点，下一代的Flash FPGA能保持足够大的浮栅电荷QCRIT可以免受大气中子的影响。QCRIT与工艺节点的影响如图5所示。 高能中子在SRAM FPGA中会产生配置翻转和数据翻转两种效应。 配置翻转导致 FPGA 丧失功能，后果十分严重，缓减方式1：三芯片( Triple-Chip )冗余，是把同样的电路复制到三个一样的芯片中，通过表决的方式，当其中一个芯片辐射失效，其余的两个芯片加起来可以仍然可以把正确的结果算出来。但是这种方式消耗过多的电路板空间及功率，而且需要外部元件进行控制和表决。缓减方式2：配置重读和重载，这种方式不断重新配置SRAM FPGA把已有的错误纠正，但是FPGA有机会在重载时再次被中子击中，在高可用系统中是不可接受的。 数据翻转导致单一比特位数据错误，后果取决于数据特性。缓减方式简单，通过FEC、EDAC、数据清除，使用容错性设计技术。 整体而言，缓减方式对SRAM FPGA没有太多作用，因为配置翻转占主导地位，而配置元件占SRAM FPGA的大部分面积。 反熔丝和Flash FPGA不存在配置翻转， Micorsemi FPGA 器件的配置经第三方独立实验室的验证能够耐受中子、质子、γ射线、X 射线以及重离子的影响。反熔丝、Flash 及 SRAM FPGA 出现数据翻转的比率相似，导致单一比特位数据错误，后果取决于数据特性。缓减方式简单，FEC、EDAC、数据清除，使用容错性设计技术，Micorsemi则已经验证了消除数据错误的缓减技术。 随着医疗设备变得越来越现金，在医疗设备中的电子元件含量不断增加，使得SEU变得越来越重要，使用辐射源的应用很重视SEU免疫力。其中包括 ·肿瘤科(使用 X 射线/质子源) ·牙科设备，整形设备 · CT扫描，透视，乳房X射线摄影设备 以上这些应用的需求需要可靠的剂量、快速和精确的治疗、III类/ IV型设备需要有最小的停机时间，关键部分的功能不能中断，不能承受功能性错误等。 在网络和基础设施中的 SEU，在大型的网络中往往用到大量的FPGA，特别是一些跨地域的网络，通常会用到成千上万的FPGA，其中一个FPGA若发生问题，也可能会造成整个网络的通信影响，特别是一些高海拔的地区，SEU的效应更为明显。根据统计，在一些大型跨地域的网络中，因为SEU的引起的通信中断每几个小时可能发生一次，思科公司内部也针对SEU提出专门的调试方案和工作条款。 SEU 的免疫力在航空电子中是非常重要的，例如：飞行计算机，驾驶舱显示器;引擎控制和监控，制动;座舱增压和空调;电源控制和分配，飞行表面驱动等。而这些功能如果因为SEU而丧失则是不能接受的。 在在汽车电子中的SEU方面，和医疗应用中非常类似，在汽车设计中，半导体器件的使用越来越普遍，甚至在关键器件中也能看到FPGA的踪影，在汽车行业中，新版本的 AEC-Q100 规范提出 SER(软错误率)的测试需求，使得它成为基于 SRAM 技术的强制性规定。
图5 QCRIT与工艺节点的影响问答选编 总结 辐射对于 FPGA 的影响不局限于太空应用，SRAM FPGA 器件易于发生中子引发的配置错误 (固件错误)，即便在海平面上亦然。 |
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