新型存储器在FPGA中应用的关键技术研究
【摘要】:随着集成电路制造工艺的发展,先进的ASIC制造工艺已经被用于FPGA的生产,FPGA因其非经常性工程(NRE)成本低、上市时间短,正逐渐取代ASIC成为集成电路设计的主要实现策略。对于特征尺寸小于0.13μm的先进工艺代,FPGA主要采用静态随机存取存储器(ARAM)作为编程技术。由于SRAM具有易失性,而EEPROM、Flash、antifuse等传统非易失存储器与标准逻辑工艺兼容性较差,很难集成到采用0.13μm以下先进工艺的SRAM FPGA芯片中,FPGA通常需要一块片外的非易失存储器在断电时来保存配置信息,但这样做容易导致配置信息被窃取而带来安全问题。另外,SRAM编程点一般采用六管结构,单元而积较大,给FPGA带来较大的而积开销,当标准逻辑工艺按照摩尔定律微缩时,静态保持功耗增长很快,对FPGA向更高门数和更高性能发展提出了挑战。针对FPGA发展过程中存在的问题,本文基于新型存储器从不同角度提出解决方案。
新型电阻随机存取存储器(RRAM)已被证明与标准逻辑工艺具有良好的兼容性。本文利用这一重要优越性,针对SRAM编程技术的安全问题,提出了一种9T2R结构的非易失SRAM(NVSRAM)编程点及其操作算法,使FPGA具有安全、快速上电启动等优点。而且,基于所提出的RRAM编程技术实现动态重配置时,部分重配置耗时很短,多上下文配置硬件开销较小。本文还给出了相应FPGA关键模块的电路设计,包括查找表(LUT)、可编程布线资源和配置存储器,并提出了一种低功耗的工作模式。本文采用嵌入RRAM工艺的0.13μm标准逻辑工艺流片验证了所提出的RRAM编程技术的可行性。
传统FPGA中的查找表一般采用静态CMOS逻辑的设计方式,这种逻辑形式速度比较慢,而积比较大,而且功耗通常比较大。本文把动态CMOS逻辑与1T1R RRAM单元相结合,针对己报道的MRAM动态非易失查找表的缺陷,采用RRAM编程技术,并在电路结构作了一些优化,设计了一个高速、低功耗、高可靠性的动态非易失查找表。与静态查找表相比,动态查找表依赖时钟,设计相对复杂,但它为要求高性能运算的FPGA提供了一种设计策略。本文采用嵌入RRAM工艺的0.13μm标准逻辑工艺流片验证了所提出的RRAM动态非易失查找表的功能。
新型二管嵌入式DRAM(2T eDRAM)采用标准CMOS工艺,而且单元面积小,经常在采用先进工艺且要求高密度存储的场合代替SRAM。针对SRAM编程点而积较大的问题,本文采用2T eDRAM代替SRAM实现FPGA的编程技术,并提出用restore算法和高阈值管去克服2T eDRAM作为编程点存在的数据可靠性问题,同时介绍了相应FPGA组成模块的设计方案,包括查找表LUT、可编程布线资源和双端口块随机存储器。本文通过CAD流程验证了2T eDRAM编程点能显著提高FPGA的集成度和性能,并采用0.13μm标准逻辑工艺流片验证了相应FPGA关键模块的功能。
|
|
|
|
1 |
杨振宇,高峰,刘志言,沈毅;强震观测系统中数字抽取滤波器的实现研究[J];传感器技术;2005年08期 |
2 |
王守山;黄庆梅;;一种显示器颜色特性的反向查找新方法[J];光学技术;2006年S1期 |
3 |
刘德建;郑继禹;;基于流水线技术的FIR滤波器的设计与实现[J];电测与仪表;2008年06期 |
4 |
赵岚;王海英;张维平;;FIR滤波器的设计[J];科技资讯;2009年19期 |
5 |
贺彬;陈豪;;基于LMS的WADPD功率放大器线性算法[J];信息与电子工程;2009年05期 |
6 |
王佳涛;郭裕顺;;功放的数字基带预失真技术研究[J];电子器件;2009年06期 |
7 |
桂婧;田森平;;基于FPGA分布式算法的滤波器设计[J];自动化与信息工程;2010年01期 |
8 |
陈斌;任国春;龚玉萍;;基于多项式与查找表的预失真技术研究[J];信息安全与通信保密;2011年03期 |
9 |
何佳,刘政凯;基于DCT变换的快速分形编码方法[J];电子学报;2001年06期 |
10 |
孟利民,周利民,朱健军,陈张健;16QAM调制器的AHDL语言设计与实现[J];浙江工业大学学报;2002年05期 |
11 |
赵志宇,吴非,余胜生,周敬利;一种求解GF(2~m)上2,3次多项式根的快速查表算法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2005年02期 |
12 |
曾嘉亮;;Gamma校正的快速算法及其C语言实现[J];信息技术;2006年04期 |
13 |
陈绍宽;李明;;NCO的研究及其FPGA实现[J];仪表技术;2006年05期 |
14 |
胡修林;杨志专;张蕴玉;;基于FPGA的快速除法算法设计与实现[J];自动化技术与应用;2006年11期 |
15 |
王坤;袁乃昌;;接收机中信道不平衡及测幅误差的校准[J];航天电子对抗;2007年01期 |
16 |
谢晓刚;陈瑾;刘瑞军;刘德良;;宽带短波信道模拟器中噪音数据生成算法的改进[J];军事通信技术;2007年04期 |
17 |
徐丹旸;张晓红;王勇;;任意波形发生器ROM查找表的设计[J];现代电子技术;2008年11期 |
18 |
吴静;葛建华;王娜;;一种改进的查找表自适应预失真算法[J];微计算机信息;2008年24期 |
19 |
张钦;吴嗣亮;李海;;一种新的用于有记忆功放的查找表预失真器[J];电子学报;2008年09期 |
20 |
林腾;冯建华;赵建兵;王阳元;;一种新的面向应用的FPGA测试方法(英文)[J];北京大学学报(自然科学版);2009年03期 |
|