赛灵思 Versal  FPGA 航空航天高速数据传输利用解析

航天器每天往地面灌数据，，，，，，，，速度已经快到传统链路接不住了。。。。。。。NISAR卫星不到三年产生的数据量，，，，，，，，就能超过NASA整个地球观测目录的总和——每天约85TB。。。。。。。S波段、X波段那点带宽，，，，，，，，面对这种数据大水底子不够看。。。。。。。Ka波段和光通讯是长远处案，，，，，，，，但眼下现实的破局点，，，，，，，，落在了赛灵思VersalFPGA身上。。。。。。。

Versal凭什么吃下航空航天这块硬骨头

Versal不是传统意思上的FPGA，，，，，，，，赛灵思管它叫ACAP——自适应推算加快平台。。。。。。。一颗芯片里塞了三套引擎：标量引擎是双核Arm Cortex-A72加双核Cortex-R5F，，，，，，，，A72跑Linux处置和谈栈和工作调度，，，，，，，，R5F主频飙到1.4GHz专啃实季节造；；；；；；自适应引擎就是可编程逻辑部门，，，，，，，，DSP切片加BRAM轻易你搭；；；；；；智能引擎是一大片AIEngine阵列，，，，，，，，专门干神经网络推理。。。。。。。三套引擎通过片上NoC互联，，，，，，，，带宽确定性拉满，，，，，，，，不像传统FPGA布线延长不成控。。。。。。。

这套架构放到卫星上意味着什么？？？？？？？一颗遥感卫星从前发射上去职能就定死了，，，，，，，，此刻Versal支持在轨全沉构——地面传个新比特流上去，，，，，，，，硬件职能直接变。。。。。。。形象观测卫星后期能够把部门资源转去跑空间科学尝试，，，，，，，，相当于给硬件打补丁。。。。。。。当然这事得审慎干，，，，，，，，沉构前必须在地面充分验证，，，，，，，，一次谬误的在轨升级可能让卫星失效。。。。。。。

高速数传链路的战场

航空航天数传系统对FPGA的要求极其刻薄。。。。。。。赛灵思专门推了XQR Versal系列，，，，，，，，过了Mil-Std-883认证，，，，，，，，温度领域覆盖-55℃到+125℃。。。。。。。太空里高能粒子随时轰击芯片，，，，，，，，单粒子翻转（SEU）是常见的效应——粒子打中SRAM存储单元，，，，，，，，0变1、1变0，，，，，，，，数据直接犯错。。。。。。。XQR系列在设计层面就把抗辐射能力焊死在硅片里。。。。。。。

收发器机能才是数传的命脉。。。。。。。Versal Premium系列用的是112Gbps PAM4收发器，，，，，，，，9Tb/s可扩大串行带宽，，，，，，，，单芯片就能撑起800G DCI吞吐。。。。。。。对比上一代Virtex UltraScale+ VU19P那颗17.4Gbps的收发器，，，，，，，，差距不是一个量级。。。。。。。Versal Premium集成的IP等效于22个16nm FPGA的逻辑密度，，，，，，，，以前在VU9P上要20万个LUT能力实现的职能，，，，，，，，此刻必要的数量是零。。。。。。。

现实数传场景里，，，，，，，，Versal要同时跑三件事：可编程逻辑做宽带多模调造解调，，，，，，，，AI引擎跑前向纠错和数据压缩算法，，，，，，，，处置系统管整个链路的调度和加密。。。。。。。传统规划得分立三颗芯片干这些活，，，，，，，，此刻一颗搞定，，，，，，，，板卡面积和功耗直接砍半，，，，，，，，机能反而提升60%以上。。。。。。。

星地传输的现实蹊径

当前星地数传的主流还是X频段测控数传一体化，，，，，，，，贸易低轨卫星星座大部门走这条路。。。。。。。但数据量在暴涨，，，，，，，，Ka频段（25.5~27GHz）传输速度更高，，，，，，，，已经成为高数据速度数传的。。。。。。。赛灵思Versal的可编程I/O能何传感器和接口，，，，，，，，将来从X频段迁徙到Ka频段甚至光通讯终端，，，，，，，，不用换芯片，，，，，，，，改配置就行。。。。。。。

更现实的规划是在轨处置加数据缩减。。。。。。。不是所罕见据都值得传回地面，，，，，，，，Versal上的AI引擎能够在星上直接做指标鉴别、变动检测，，，，，，，，只把有价值的了局下传，，，，，，，，带宽需要直接降一个数量级。。。。。。。这套思路已经在KP尝试室的机载AI项目里跑通了。。。。。。。

Versal把可编程性、AI算力和高速收发焊在一颗7nm芯片里，，，，，，，，让卫星从"哑巴"造成能自己思虑的智能体。。。。。。。航空航天数传这场仗，，，，，，，，拼的不只是带宽，，，，，，，，更是谁能在轨上把数据处置得更快、传得更准。。。。。。。