BAE Systems：面向航天与军工市场的抗辐射 FPGA 厂商
BAE Systems 是全球大型航空航天、国防和高可靠电子系统企业之一。
与 AMD Xilinx、Intel Altera、Lattice Semiconductor 或 Microchip 这些面向广泛商业市场的 FPGA 厂商不同，BAE Systems 的 FPGA 产品具有非常特殊的定位：
它主要提供用于卫星、航天器、深空探测器和其他高可靠系统的 Radiation-Hardened FPGA，也就是抗辐射 FPGA。
BAE Systems 不应该简单理解为一家普通 FPGA 厂商，而更适合归入“航天级 FPGA / 抗辐射可编程逻辑”领域。
其 FPGA 产品数量并不多，逻辑规模也远远不能与现代高端 FPGA 相比，但它们追求的核心指标不是几十万或几百万 LUT，而是在强辐射、极端温度以及十几年任务周期内持续可靠运行。
BAE Systems 官方目前仍把 FPGA 列入其 Radiation-Hardened Standard Components 产品体系，并明确列出 RH1020B 和 RH1280B 两款抗辐射 FPGA。
BAE Systems 的 FPGA 为什么与普通 FPGA 不一样？
我们平时介绍 FPGA 时，通常关注 LUT 数量、DSP 数量、Block RAM、高速 SerDes、PCIe、DDR、AI Engine 以及芯片制造工艺。
但是到了太空，这些参数并不是唯一问题。
地球大气层和磁场能够为地面的电子设备阻挡大量高能粒子，但卫星、空间站和深空探测器离开这种保护环境以后，会长期受到质子、重离子、电子以及其他高能粒子的影响。
这些辐射可能导致晶体管参数逐渐退化，也可能让存储器或者逻辑电路中的某一个 Bit 突然发生变化，甚至导致器件永久损坏。
因此航天电子设备不能简单地把一颗普通商业 FPGA 放到卫星上使用。
BAE Systems 的 Space Systems 业务长期开发专门针对这种环境的 Radiation-Hardened Electronics。
公司表示，其航天电子产品需要面对的环境温度可能达到大约 -55°C 到 +125°C，而一些航天任务持续时间可能超过 15 年。
这就是 BAE Systems FPGA 的真正价值所在：它不是为了在普通服务器或者开发板上获得最高性能，而是为了在一些普通芯片可能发生错误甚至失效的环境中继续工作。
什么是 Radiation-Hardened FPGA？
Radiation-Hardened FPGA 通常简称 Rad-Hard FPGA，中文可以翻译为抗辐射 FPGA、辐射加固 FPGA 或耐辐射 FPGA。
它仍然是一种 Field-Programmable Gate Array，也就是说工程师可以在芯片制造完成以后，根据自己的系统需求配置数字逻辑。
与普通 FPGA 不同的是，它的半导体工艺、电路结构、存储方式、封装、测试和质量认证都需要考虑辐射环境。
太空辐射对数字芯片最重要的影响通常包括 Total Ionizing Dose、Single Event Upset 和 Single Event Latchup 等问题。
Total Ionizing Dose，简称 TID，可以理解为芯片在整个任务期间累计吸收的电离辐射剂量。辐射剂量不断累积以后，MOS 晶体管和其他器件的电气特性可能逐渐发生变化。
Single Event Upset，简称 SEU，是高能粒子撞击芯片以后导致某个存储节点或者逻辑状态发生瞬时翻转。例如原本存储的二进制 0 可能突然变成 1。
Single Event Latchup 则更加严重，它可能使 CMOS 电路进入一种异常的大电流状态，如果没有得到控制，甚至可能损坏芯片。
因此，航天 FPGA 的评价体系和普通消费电子 FPGA 有明显区别。
RH1020B 抗辐射 FPGA
RH1020B 是 BAE Systems 目前公开列出的抗辐射 FPGA 产品之一。
根据 BAE Systems 最新产品资料，RH1020B 使用公司自己的 0.8 微米 Radiation-Hardened Epitaxial Bulk CMOS 工艺制造，主要针对 Military 和 Space Applications，也就是军用和航天应用。
看到“0.8 微米”时，熟悉现代芯片的人可能会觉得非常奇怪。
今天普通 CPU、GPU 和高端 FPGA 已经进入个位数纳米甚至更加先进的制造工艺，而 0.8 微米相当于 800nm，属于非常早期的半导体工艺水平。
但是航天芯片不能简单按照先进制程来判断。
在高可靠应用中，经过长期验证的制造工艺、辐射特性、可靠性数据、封装、供应链和认证往往比晶体管密度更加重要。
使用成熟工艺还可以获得大量已经积累多年的 Radiation Characterization 数据。
RH1020B 提供大约 3,000 System Gates，按照另一种计算方式约相当于 2,000 Gate-Array Equivalent Gates 或 6,000 PLD-Equivalent Gates。它最多提供 273 个 Flip-Flop 和 69 个用户 I/O。
这里需要特别注意：这种 FPGA 使用的是早期 FPGA 常见的“Gate Equivalent”描述方式，不能直接拿这些数字与现代 FPGA 厂商公布的 LUT 数量进行比较。
RH1020B 的抗辐射能力
RH1020B 最重要的指标并不是它有多少逻辑门，而是它的 Radiation Performance。
BAE Systems 数据资料给出的 RH1020B Total Dose 指标为 150 Krad Silicon，并注明具有 High-Dose Rate Survivability，同时保证 Latchup Immunity。
Krad 是描述吸收辐射剂量的单位。
150 Krad 并不是说芯片运行速度有多快，而是表示器件经过设计和验证，可以承受相当高程度的累计电离辐射。
这对于卫星、深空探测器和其他长期航天任务来说非常重要。
RH1280B 抗辐射 FPGA
RH1280B 是这一产品系列中容量更大的型号。
它同样采用 BAE Systems 的 0.8 微米 Radiation-Hardened CMOS 工艺，也是面向军用和航天应用的非易失性可编程器件。
RH1280B 提供大约 12,000 System Gates、8,000 Gate-Array Equivalent Gates 或者约 20,000 PLD-Equivalent Gates。
芯片内部拥有 624 个 S-Modules 和 608 个 C-Modules，最多提供 998 个 Flip-Flop，并支持最多 140 个用户 I/O。
从今天 FPGA 的标准来看，这个容量仍然非常小。
现代中端 FPGA 很容易拥有几十万 LUT，而高端 FPGA 可以拥有数百万个逻辑单元。
但是 RH1280B 的目标并不是运行大型 AI Accelerator 或数据中心网络处理，而是实现飞行控制、接口逻辑、状态机、通信控制、数据管理和其他必须长期稳定工作的关键数字逻辑。
RH1280B 的抗辐射能力
BAE Systems 对 RH1280B 给出的 Total Dose 指标为 100 Krad Silicon，同时注明具有较低的 Single-Event Upset Susceptibility、High-Dose Rate Survivability，并保证 Latchup Immunity。
这也是为什么只看“12,000 Gates”会低估这种 FPGA。
如果任务是在普通实验室里控制 LED，那么几美元甚至更便宜的现代 FPGA 就可以拥有远远超过 RH1280B 的逻辑资源。
但如果这块逻辑电路要被送入轨道运行十几年，或者跟随探测器飞往太阳系其他区域，那么设计目标就完全不同了。
可靠性和经过验证的 Radiation Performance 此时可能比晶体管数量更加重要。
Antifuse FPGA 架构
RH1020B 和 RH1280B 使用大量 PLICE Antifuse Elements 形成可编程互连。
例如 RH1020B 包含约 186,000 个 PLICE Antifuse Elements，而 RH1280B 的数量达到约 750,000 个。
Antifuse 中文通常翻译成反熔丝。
它与 SRAM FPGA 的配置方式完全不同。
普通 SRAM FPGA 中，可编程连接关系由 SRAM 配置位控制，因此芯片断电后配置通常会消失，重新上电时需要从外部 Flash 或其他存储设备重新加载 Bitstream。
Antifuse 刚好相反。
新的 Antifuse 在没有编程时是不导通的，而经过一次编程以后，会形成永久的低阻连接。
因此 Antifuse FPGA 属于 Non-Volatile FPGA，也就是非易失 FPGA。
配置完成以后，即使断电，逻辑连接仍然保持。
为什么航天系统喜欢非易失 FPGA？
对于卫星和航天器来说，Power-On Behavior 非常重要。
如果 FPGA 上电以后还必须从外部配置 Flash 中读取大量配置数据，就增加了系统启动链路中的器件数量和潜在故障点。
Antifuse FPGA 不需要像大型 SRAM FPGA 那样每次启动重新加载完整配置。
同时，配置状态本身也不依赖普通 SRAM Cell 保存，因此在一些辐射环境中具有天然优势。
当然，Antifuse 也存在一个非常明显的缺点：它通常只能编程一次。
工程师完成配置以后，不能像 SRAM FPGA 那样反复下载新的 Bitstream。
这意味着开发阶段需要更严格的验证。
所以 Antifuse FPGA 特别适合设计已经充分验证、产品一旦部署之后就不需要经常修改的高可靠系统。
FPGA 和 ASIC 之间的选择
BAE Systems 在 RH1020B 和 RH1280B 产品说明中还特别强调了 FPGA 相对于 ASIC 的开发时间优势。
传统 ASIC 从设计提交到最终芯片交付需要较长制造周期，而 FPGA 可以在器件已经制造完成以后由用户配置逻辑。
BAE Systems 的资料指出，这种可编程能力允许客户在非常接近交付时间时仍然修改 FPGA 设计。
这对于航天项目很有价值。
如果设计逻辑规模非常大、产品数量很高，而且功能完全固定，那么 ASIC 可以获得更好的面积、功耗和性能。
但是 ASIC 流片成本很高，一旦设计出现错误，重新制造代价也很大。
FPGA 则允许工程师先完成硬件平台，然后继续开发和验证数字逻辑。
因此在很多高可靠系统中，FPGA 和 ASIC 并不是互相完全替代，而是分别承担不同任务。
BAE Systems 同时也是 Rad-Hard ASIC 厂商
理解 BAE Systems 的 FPGA 业务，还必须看到它更大的 Radiation-Hardened Semiconductor 产品体系。
BAE Systems 不只是生产抗辐射 FPGA，同时开发 Radiation-Hardened ASIC、处理器、SRAM、C-RAM、PROM、接口芯片以及完整的 Space Computer。
公司目前正在推进包括 RH45、RH12 等先进 Radiation-Hardened ASIC 技术，其中 RH12 面向 12nm ASIC 和 SoC 设计。
这也说明 BAE Systems 的 FPGA 并不是独立存在的产品线，而是整个航天电子生态的一部分。
客户可以根据设计需要，在 FPGA、ASIC、处理器和标准器件之间进行选择。
与 RAD750 和 RAD5545 的关系
BAE Systems 在航天计算领域更著名的产品其实不是 FPGA，而是 RAD750 和 RAD5545 等 Radiation-Hardened Processor 和 Single Board Computer。
RAD750 长期用于卫星和深空任务，而新一代 RAD5545 则提供更强的板载计算能力。
BAE Systems 表示，其 Space Computers 已经部署在数百颗卫星上，并累计实现超过 10,000 年的在轨运行时间。
FPGA 在这类系统中可以承担处理器并不适合直接完成的实时逻辑。
例如 CPU 可以运行飞行软件，而 FPGA 可以承担高速接口、电源和设备控制、数据预处理、状态机和特定通信协议。
这就是航天计算系统经常同时使用 CPU、FPGA 和 ASIC 的原因。
FPGA 开发工具
RH1020B 和 RH1280B 的开发流程与今天 Vivado 或 Quartus 所代表的现代 FPGA 环境明显不同。
BAE Systems 的官方产品资料列出了基于 Actel Designer Software 的设计流程，其中包括 VeriBest HDL Simulator、Synplify Synthesizer、Place-and-Route、Silicon Sculptor 编程工具以及 Silicon Explorer 等组件。
该开发环境支持从 Behavioral VHDL、Schematic 和 HDL Netlist 开始进行设计，再经过综合、布局布线和 Fuse File 生成，最终对器件进行编程。
这种工具体系明显保留着传统 FPGA 开发时代的特点。
对于今天习惯 Vivado、Quartus、Radiant 或 Libero 的工程师来说，它看上去可能相当古老，但在航天电子领域，“Legacy”并不一定意味着没有价值。
很多已经完成认证并成功运行多年的航天平台必须长期维护，因此厂商需要继续提供与原有硬件、软件和设计流程兼容的器件。
Drop-In Replacement FPGA
BAE Systems 官方目前特别把这类 FPGA 描述为用于 Legacy Systems 的“Drop-In Replacement FPGA”。
这一点非常重要。
它意味着 BAE Systems 当前 FPGA 业务的价值之一，是继续支持已经存在多年的航天和国防电子系统。
对于普通消费电子产品来说，十年前的芯片停产以后，工程师可能直接重新设计 PCB。
但是航天项目完全不同。
一颗卫星平台或者某种航天设备可能需要生产和维护几十年，而重新设计数字电路、PCB、软件以及重新进行 Radiation Qualification 的成本非常高。
如果能够使用 Pin-Compatible 或功能兼容的替代器件继续生产和维修系统，就具有很高的工程价值。
QML 与航天级质量认证
普通 FPGA 数据手册通常首先列出性能和电气参数，而 BAE Systems 的 RH1020B 和 RH1280B 数据资料中特别强调 QML Compliance。
QML 是 Qualified Manufacturers List，也就是美国国防电子体系中的合格制造商认证体系。
BAE Systems 位于美国 Virginia 州 Manassas 的 Space Systems 业务拥有与 MIL-PRF-38535、MIL-STD-883 等标准相关的认证，并具有 QML Class V 和 Class Q 等能力。
公司同时是美国国防部 Category 1A Microelectronics Trusted Source。
对于航天电子来说，这些认证非常重要。
因为客户购买的不只是“一颗能够工作的 FPGA”，而是一套可以追踪制造、封装、测试、筛选和 Radiation Assurance 的完整质量体系。
Ceramic Package
RH1020B 使用 84-Lead Ceramic Quad Flatpack，而 RH1280B 使用 172-Lead Ceramic Quad Flatpack。
Ceramic Package，也就是陶瓷封装，在普通消费电子芯片中已经不常见，因为它的成本明显高于常见塑料封装。
但是在航空航天和军用电子中，陶瓷封装长期具有重要地位。
这种封装可以满足更宽的温度范围、高可靠性和严格环境要求，并适合进行相应的军用和航天质量筛选。
因此，从芯片封装本身就可以看出 RH 系列 FPGA 与普通商业 FPGA 的市场定位完全不同。
为什么逻辑规模这么小仍然有价值？
今天即使一颗非常便宜的 FPGA，其逻辑容量都可能超过 RH1020B 和 RH1280B。
那么为什么这些产品仍然存在？
因为很多航天设备根本不需要巨型 FPGA。
卫星中的大量功能其实只是状态控制、信号选择、接口转换、地址译码、简单的数据处理和有限状态机。
这些功能可能只需要几千或者几万个 Gate。
真正困难的问题是：这些逻辑必须在辐射环境里连续运行很多年。
因此，对于这类应用，“足够的逻辑容量 + 极高可靠性”可能比“百万 LUT”更有价值。
航天 FPGA 与现代 SRAM FPGA
现代高性能 FPGA，例如 AMD Versal 或 Intel Agilex，可以拥有数百万逻辑单元、大量 DSP、PCIe、高速 SerDes，甚至 HBM 和 AI 加速资源。
它们适合数据中心、5G、网络、视频和大型计算系统。
BAE Systems RH1020B 和 RH1280B 则位于完全不同的极端。
它们容量很小、工作频率低、制造工艺古老，但是强调 Non-Volatile、Radiation Hardness、Latchup Immunity、QML Qualification 和长期可靠性。
所以单纯制作一个“性能排行榜”把这两类 FPGA 放在一起比较，并没有太大的实际意义。
它们解决的是完全不同的问题。
主要应用领域
BAE Systems 的 Radiation-Hardened FPGA 主要适用于卫星、航天器、深空探测器、空间科学仪器、导弹防御电子设备以及其他需要 Radiation Hardness 和极高可靠性的系统。
FPGA 可以用于 Spacecraft Command and Control、Telemetry、接口控制、数据管理、传感器处理、通信控制和其他专用数字逻辑。
BAE Systems 的航天电子产品体系还覆盖 SpaceWire、Radiation-Hardened Memory、Space Computer、RF 和 IR Payload Electronics，以及可重构处理模块等。
因此 FPGA 往往只是整套航天电子系统中的一个组成部分。
商业航天市场
过去 Radiation-Hardened Electronics 主要与政府航天和军事项目联系在一起，但近年来商业卫星和私人航天企业数量快速增加，高可靠 Space Electronics 的客户群也在扩大。
BAE Systems 官方表示，其 Radiation-Hardened Electronics 除了面向美国政府和国防客户，也可以面向部分商业航天企业以及盟国客户提供。
具体器件供应仍然受到应用、数量、出口和其他条件限制。
这与 Digi-Key 或 Mouser 上购买普通 FPGA 的模式完全不同。
很多高可靠和军用半导体产品需要直接与厂商联系，并根据最终用途确定是否可以供应。
BAE Systems 在 FPGA 市场中的定位
如果把全球 FPGA 企业按照市场划分，
AMD Xilinx 和 Intel Altera 代表高性能通用 FPGA，
Lattice 主要覆盖低功耗和中小型 FPGA，
Microchip 同时拥有 Flash FPGA、SoC FPGA 和航天 FPGA，
而 BAE Systems 则处在更加专业化的 Radiation-Hardened FPGA 市场。
因此 BAE Systems 的竞争优势不是 FPGA 产品数量最多，也不是制造工艺最先进。
它真正的优势是长期积累的航天电子经验、Radiation-Hardened Semiconductor 工艺、QML 认证、可靠性测试、封装技术以及与整个航天计算平台之间的整合能力。
BAE Systems 表示，其 Radiation-Hardened Space Electronics 已经支持航天任务超过 50 年，并参与从 Apollo 时代到多代火星探测任务的航天电子系统。
与 Microchip 航天 FPGA 的区别
Microchip 同样是航天 FPGA 市场的重要企业，并拥有 RTG4、RT PolarFire 等更加现代的 Radiation-Tolerant 或 Radiation-Hardened FPGA 产品。
相比之下，BAE Systems 当前公开的 RH1020B 和 RH1280B 更明显地服务于 Legacy 和特定高可靠系统。
这也体现出航天 FPGA 市场内部其实存在不同层次。
有些客户需要最新的大容量 FPGA，用于高速图像、雷达和数字信号处理；有些系统则需要保持几十年前已经验证完成的电路结构和接口。
BAE Systems 当前的传统 RH FPGA 产品更多体现了后一种价值。
BAE Systems FPGA 最值得注意的地方
对于研究 FPGA 产业的人来说，BAE Systems 有一个非常重要的启示：FPGA 并不只有追求更先进制程和更大逻辑容量这一条发展路线。
有时候，一颗只有几千 Gate、采用 0.8 微米工艺的 FPGA，在某些应用中的价值可能远远超过一颗拥有几十万个 LUT 的商业 FPGA。
关键问题不是“哪一颗 FPGA 更先进”，而是“它需要在哪里工作”。
如果应用是在桌面开发板上，那么成本和性能可能最重要。
如果应用是在数据中心，那么 SerDes、HBM、PCIe 和计算吞吐量非常重要。
如果应用是在电池供电设备中，那么低功耗最重要。
而如果芯片准备在距离地球几亿公里的探测器中运行十几年，那么 Radiation Hardness、可靠性和经过验证的制造流程就可能成为第一优先级。
这正是 BAE Systems FPGA 所代表的市场。
总结
BAE Systems 是全球 FPGA 行业中非常特殊的一类厂商。
它并不是以大量通用 FPGA 产品参与消费电子、通信或者数据中心市场竞争，而是依托其长期积累的 Space Electronics 技术，为航天、国防和其他高可靠应用提供 Radiation-Hardened FPGA。
目前 BAE Systems 官方公开列出的代表产品包括 RH1020B 和 RH1280B。
RH1020B 提供约 3,000 System Gates、最多 273 个 Flip-Flop 和 69 个用户 I/O，Total Ionizing Dose 指标达到 150 Krad Silicon；
RH1280B 提供约 12,000 System Gates、最多 998 个 Flip-Flop 和 140 个用户 I/O，Total Dose 指标达到 100 Krad Silicon。
两者均采用非易失可编程架构，并强调高剂量率生存能力和 Latchup Immunity。
从今天普通 FPGA 的标准来看，这些数字非常小，0.8 微米工艺也显得非常古老。
但是对于航天电子来说，它们的真正价值并不是逻辑规模，而是 Radiation Hardness、QML Qualification、长期供应、可靠性和已经经过大量任务验证的技术体系。
因此，在 FPGA 企业分类中，BAE Systems 最合适的定位是：
Radiation-Hardened FPGA、Space FPGA 和 High-Reliability Programmable Logic 厂商。
它代表的是 FPGA 产业中规模不大却技术门槛很高的一条特殊分支——让可编程逻辑不仅能够工作，而且能够在太空中可靠地工作很多年。