1.3.3 基于FLASH工艺技术原理

FLASH技术的发展可追溯到EPROM和EEPROM。FLASH一方面具有EPROM的浮置栅晶体管单元，另一方面具有EEPROM的薄氧化层特性，所以具有电可擦除性能；其他结构方面的特性和具有双晶体管的EEPROM相似，从而可以实现以字为单元的操作。

基于纯FLASH结构的FPGA并不多见，更多的是FLASH与SRAM混合形式的FPGA。其中，SRAM用于构成器件正常工作时的电路，而FLASH则用来在上电时对SRAM进行配置，本身FLASH具有掉电非易失性，所以并不需要额外的配置存储芯片。

由于市面上基于纯FLASH结构的FPGA主要厂家是Microchip（微芯科技），所以大部分的FLASH型FPGA产品通过Microchip的产品进行解释说明。

第一是单芯片可重配性。前面提到，基于反熔丝技术的FPGA不需要额外的配置存储芯片，但是是一次性编程的，用在较成熟的产品中，不能重复配置；基于SRAM技术的FPGA可以重复配置，但是需要额外的配置存储芯片，上电后需要一定的配置延时。两者都不是很尽如人意。那么，基于FLASH技术的FPGA取两者的优势，既可以重复配置，也不需要额外的配置存储芯片。

第二是高安全性。基于SRAM技术的FPGA的很大问题就是安全性很难保障，逆向工程工作者通过努力可以分析出配置在片外存储器的配置文件，推出其电路网表结构。而Actel的FLASH结构的FPGA可以从3个层次很好地对电路进行保护。第1层是物理层的保护，在Actel的第3代FLASH器件中，晶体管有多层金属保护，去除它非常困难，很难实现逆向，同时采用的是片内配置，不用担心在上电配置过程中数据流被截取。第2层是基于FLASH LOCK加密技术，通过将密钥下载到芯片中进行加密来防止对芯片非授权的操作，载入密钥后，从器件中读取数据或写入数据的唯一途径就是JTAG接口。第3层是加密算法，采用的是AES加密算法，该算法目前来说只能采用暴力破解的方式，然而目前的JTAG接口速度大约是20MHz，按照128位密钥，1s算一个密钥的话，也得算上几亿年。

第三是低功耗。很多手持设备都有低功耗要求。FPGA的功耗主要考虑4个方面，分别是上电功耗、配置功耗、静态功耗和动态功耗。

虽然基于纯FLASH结构的FPGA有上述优点，但是由于其制造成本比较高、电路规模比较小，因此其应用范围也比较小。