高放射線環境下でFPGAを動作させるための集積回路の開発

FPGAには高エネルギーの粒子が入射すると回路構成用メモリが変更されてしまう問題（SEU）がある。これまで多くの実験で、FPGA製造元が用意した自動修正回路を組み込むことで対応してきたが、この方法だと多ビットのエラー発生した場合等でエラーを修正できなくなってしまい、FPGAの信頼性と稼働率が損なわれてしまう。本研究では、これらの状況を防ぐためのSEU修正用ASICを開発する。このSEU修正用ASIC回路は対象のFPGAの近くに配置され、FPGAと信号をやり取りすることで、FPGA内に発生したSEUによるエラーを自動で修正する。今年度はSEU修正回路を設計し、ASICではなくFPGAに組み込んで試験を実施した。このSEU修正回路には、FPGA内の全ての回路構成用メモリをスキャンし、取得した回路データ情報からSEUにより発生したエラーを特定することができる。また、SEU修正回路にはパーシャルリコンフィグレーション（FPGAを停止させることなく、一部のデザインを再コンフィグレーションする）させる機能を有しており、ファームウェアの再ダウンロードさせることなく、SEUによってエラーが発生したメモリの自動修復が可能である。このSEU修正回路には小規模なプロセッサを採用している。そのため、処理内容プログラムを変えることで、様々な種類のFPGAにも対応できる。さらに、SEU修正回路をASICへ移行した場合でも、回路の処理を微調整できるような工夫も施されている。FPGAに疑似的なエラーを発生させ、SEU修正回路の機能試験を実施した。この試験により、1ビットのエラーでも多ビットのエラーでも期待通りに修正できることを確認できた。また、神戸大学タンデム加速器における中性子照射試験を実施し、FPGAの再ダウンロードさせることなく、SEUによるエラーを修正できることも確認できた。

FPGAには高エネルギーの粒子が入射すると回路構成用メモリが変更されてしまう問題（SEU）がある。これまで多くの実験で、FPGA製造元が用意した自動修正回路を組み込むことで対応してきたが、この方法だと多ビットのエラー発生した場合等でエラーを修正できなくなってしまい、FPGAの信頼性と稼働率が損なわれてしまう。本研究では、これらの状況を防ぐためのSEU修正用ASICを開発する。このSEU修正用ASIC回路は対象のFPGAの近くに配置され、FPGAと信号をやり取りすることで、FPGA内に発生したSEUによるエラーを自動で修正する。今年度はSEU修正回路を設計し、ASICではなくFPGAに組み込んで試験を実施した。このSEU修正回路には、FPGA内の全ての回路構成用メモリをスキャンし、取得した回路データ情報からSEUにより発生したエラーを特定することができる。また、SEU修正回路にはパーシャルリコンフィグレーション（FPGAを停止させることなく、一部のデザインを再コンフィグレーションする）させる機能を有しており、ファームウェアの再ダウンロードさせることなく、SEUによってエラーが発生したメモリの自動修復が可能である。このSEU修正回路には小規模なプロセッサを採用している。そのため、処理内容プログラムを変えることで、様々な種類のFPGAにも対応できる。さらに、SEU修正回路をASICへ移行した場合でも、回路の処理を微調整できるような工夫も施されている。FPGAに疑似的なエラーを発生させ、SEU修正回路の機能試験を実施した。この試験により、1ビットのエラーでも多ビットのエラーでも期待通りに修正できることを確認できた。また、神戸大学タンデム加速器における中性子照射試験を実施し、FPGAの再ダウンロードさせることなく、SEUによるエラーを修正できることも確認できた。