FPGA och flash i samma kapsel

Spartan-3AN är inget annat än en SRAM-baserad FPGA-krets som delar kapsel med ett NOR-flash. Kombinationen är benkompatibel med den äldre Spartan-3A men har flashteknikens alla fördelar i form av säkerhet, snabbhet vid start och lägre energiförbrukning.

– Vi har tagit ett okapslat Spartanchip och staplat ett okapslat NOR-flash ovanpå, säger Christopher Chene på Xilinx.

Företaget får därmed en produkt för konsumentsegmentet som förutom ett lågt pris också har fördelen att kunna hantera kopieringsskydd och autentisering. Varje Spartan-krets får ett unikt serienummer precis som varje flashkrets. Den här informationen kan användas för att låsa upp kretsen vid start, en teknik Xilinx kallar Device DNA.

– Man kan ha olika nivåer på funktionaliteten. Kanske fungerar kretsen bara i tio minuter utan en upplåsningskod. Det är tillräckligt för att testa produkten men det förhindrar att en oseriös kontraktstillverkare gör en överupplaga avsedd för den svarta marknaden.

FPGA-an klarar sig dessutom utan externt flashminne för att lagra programkoden vilket ger en billigare, mindre och energisnålare lösning.

Flashkretsen är tillverkad i en 90 nm-process, precis som Spartan-3A, men vems flashprocess det är vill Xilinx inte avslöja. Genom att använda en separat process för flashkretsen kan Xilinx få ett minne som är tillverkad i den senaste processgenerationen.

– Våra konkurrenter använder 130 nm respektive 180 nm, påpekar Christopher Chene.

Xilinx flashkretsar går att programmera om 100 000 gånger och de behåller data i 20 år.
Det går också att dela minnet i mindre delar och ladda olika program i dessa. Först när man bootar bestäms vilket av programmen som ska köras.

Spartan-3A kommer i fem varianter som har från 1 Mbit upp till 16 Mbit flashminne. I värstingmodellen kan upp till 11 Mbit användas för programkod, resterande 4,8 Mbit för olika typer av konfigureringsdata. Den finns mellan 1584 och 25 344 logikblock, 3 till 32 multiplikatorer, 54k till 576k RAM-block och 108 till 502 IO-portar.

I Spartan-3AN införde Xilinx två nya vilolägen för att hålla nere effektförbrukningen. De kallas Suspend mode respektive Hibernate mode. I läget Suspend sjunker effektförbrukningen med över 40 procent och det tar mindre än 100 mikrosekunder att väcka upp kretsen. För den som vill gå ändå längre finns Hibernate. Då sjunker effektförbrukningen med upp till 99 procent. Å andra sidan tar det runt 100 millisekunder att få fart på kretsen igen.

Tre av de fem familjemedlemmarna är redan i produktion och de andra två kommer under andra kvartalet. Priset för en krets med 4 Mbit flashminne, 4000 logikblock och 195 in- och utgångar ligger strax under fem dollar.