1.2. FPGA
1.2.3.3.Cơng nghệ lập trình dựa trên antifuse
Ưu điểm chính của cơng nghệ lập trình dựa trên cầu chì nghịch (antifuse) là sự tiêu tốn tài nguyên của nó nhỏ. Với liên kết kim loại-kim loại, khơng có v ng silicon để thực hiện các kết nối nên giảm được chi phí tài ngun lập trình. Một lợi thế nữa của cơng nghệ lập trình antifuse là chúng có điện trở và điện dung ký sinh thấp hơn các cơng nghệ lập trình khác. Sự không bay hơi cũng làm cho các thiết bị dựa trên cơng nghệ lập trình cầu chì nghịch hoạt động ngay lập tức mỗi khi mở nguồn. Điều này làm giảm chi phí hệ thống từ việc không cần bộ nhớ bổ sung để lưu trữ các dữ liệu lập trình và cũng cho phép các FPGA
29 được sử dụng trong các tình huống địi hỏi thiết bị phải hoạt động ngay khi được cung cấp nguồn. Cuối cùng, việc nạp dữ liệu cấu hình cho FPGA chỉ được thực hiện một lần, điều này có thể được thực hiện trong một mơi trường an tồn giúp cải thiện sự bảo mật của các thiết kế trên FPGA. Để duy trì tính bảo mật này, các thiết bị hiện nay cung cấp chế độ bảo mật bằng cách vơ hiệu hóa giao diện lập trình khi thiết bị đã được lập trình [77].
Cũng có những nhược điểm đáng kể cho cơng nghệ lập trình cầu chì nghịch. Đặc biệt, khi các antifuse-based FPGA địi hỏi một quy trình CMOS khơng chuẩn. Hơn nữa, cơ chế cơ bản của lập trình cầu chì, trong đó bao gồm việc thay đổi đáng kể các tính chất của vật liệu trong các cầu chì, dẫn đến mở rộng quy mơ quy trình chế tạo vi mạch là một thách thức cần được xem xét. Thực tế cho thấy cơng nghệ lập trình cầu chì nghịch khơng cịn nhiều trong các thiết bị tiên tiến nhất sử dụng công nghệ 0.15μm [77], là các thế hệ công nghệ sử dụng với thiết bị CMOS tiêu chuẩn mới.
Antifuse-based FPGA khơng có khả năng tái lập trình cũng làm cho chúng khơng thích hợp cho các ứng dụng địi hỏi thường xun cập nhật cấu hình. Việc lập trình một lần làm cho nó khơng thể thử nghiệm để phát hiện tất cả các lỗi có thể. Một số lỗi sẽ chỉ được phát hiện sau khi lập trình sẽ khơng thể khắc phục được. Lập trình thành công của một số thiết bị FPGA dựa trên cầu chì nghịch hiện nay được dự báo là đạt khoảng 90% [77].
Tóm lại: Ba cơng nghệ lập trình được xem xét trong phần này đều được sử dụng trong
các FPGA hiện đại. Tuy nhiên, cơng nghệ lập trình dựa trên SRAM được sử dụng rộng rãi nhất. Bảng 1.6 tóm tắt sự khác biệt giữa các cơng nghệ lập trình khác nhau. Một cơng nghệ
lý tưởng sẽ là cơng nghệ khơng bay hơi và lập trình lại được sử dụng một quy trình CMOS chuẩn và yêu cầu điện trở và điện dung ký sinh thấp. Rõ ràng, khơng có cơng nghệ nào
trong số các công nghệ hiện nay đáp ứng được tất cả các yêu cầu này. Một trong những lý do mà công nghệ SRAM đã thống trị là việc sử dụng các quy trình sản xuất CMOS chuẩn. Sự thống trị này của công nghệ lập trình dựa trên SRAM dự kiến sẽ tiếp tục trong tương lai gần với công nghệ CMOS chuẩn mới.
Bảng 1.6 Tóm tắt các đặc tính của các cơng nghệ lập trình [78]
Các đặc tính SRAM Flash Antifuse
Tính bay hơi Có Khơng Khơng
Có thể lập trình lại Có Có Khơng
Tài ngun (kích thước phần tử lưu trữ)
Cao Vừa Thấp
Quy trình sản xuất CMOS chuẩn Flash antifuse
Có thể lập trình trong hệ thống Có Có Không
Điện trở chuyển mạch ~500-1000 ~500-1000 20-100
Điện dung chuyển mạch ~1-2 fF ~1-2 fF <1 fF
30