Beim Bau von ressourcenbeschränkter Avionik-Ausrüstung - wie unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs), Drohnen und Nutzlastkontrollsystemen - ist die SWaP-C-Optimierung (Größe, Gewicht, Leistung und Kosten) ein kritischer Faktor, um missionskritische Leistungsanforderungen zu erfüllen. Deshalb zielen DoD-Initiativen wie MOSA (Modular Open Systems Approach) darauf ab, die SWaP-C-Optimierung durch größere Systembezahlbarkeit, Interoperabilität und Anpassungsfähigkeit in militärischen Anwendungen zu unterstützen.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, verwenden viele Verteidigungs- und Avioniksysteme Backplane-basierte Architekturen wie CompactPCI, MicroTCA oder OpenVPX eingebettete Computerstandards. Diese Architekturen stellen jedoch eine direkte Herausforderung für die SWaP-C-Optimierung dar, da sie aufgrund ihrer inhärenten Formfaktor-Beschränkungen eingeschränkt sind.
SECO löst diese Herausforderungen mit seinen SMARC (Smart Mobility Architecture) und COM Express Produkten, die auf offenen Computer-on-Module (COM) Spezifikationen basieren.
Optimierung von SWaP-C mit Computer-On-Modules
SMARC und COM Express verwenden ein kartenähnliches modulares Framework, das mit der MOSA-Designstrategie übereinstimmt. Das modulare Framework überwindet die schweren Gehäuse, strengen Backplanes und sperrigen Steckverbinder der OpenVPX-, CompactPCI- und MicroTCA-Spezifikationen, die die SWaP-C-Optimierung behindern.
Stattdessen verwenden SMARC und COM Express eine Kombination aus kommerziellen Standardmodulen (COTS) und anwendungsspezifischen Trägerplatinen, um kompakte, leichte und energieeffiziente Computer zu unterstützen. Da diese Module nur die Entwicklung von Trägerplatinen für die Systemintegration erfordern, werden die Entwicklungskosten und die Markteinführungszeit erheblich reduziert.
SMARC- und COM Express-Spezifikationen sind nicht an einen einzigen Anbieter gebunden, was bedeutet, dass zukünftige Designiterationen problemlos veraltete Computermodule gegen die neueste Version austauschen können, ohne die Trägerplatine neu zu gestalten. Dieser standardbasierte Ansatz fördert die Skalierbarkeit und eine lange Lebensdauer der Geräte zur Kosten- und Ressourcenoptimierung.
SMARC-Module für platzbeschränkte Systeme
SMARC ist ein Computer-on-Module-Standard mit kleinem Formfaktor, der von der Standardization Group for Embedded Technologies (SGET) entwickelt wurde. Es ist darauf ausgelegt, die Anforderungen von ressourcenbeschränkten eingebetteten Systemen zu erfüllen, die einen niedrigen Stromverbrauch, geringe Kosten und hohe Leistung erfordern. SMARC bietet eine vielseitige Computerplattform für Arm- und x86-Prozessor-Technologien:
- Kompakte Abmessungen: 82 mm x 50 mm für das „Short“-Format. Dies ist erheblich kleiner und leichter als Backplane-Systemmodule wie 3U VPX-Karten, die 100 mm x 160 mm messen und aufgrund der Rack-Frontplatte und der sperrigen Backplane-Steckverbinder erheblich dicker und schwerer sind.
- Einfache Montage: SMARC-Module verbinden sich über einen 314-poligen Hochgeschwindigkeits-MXM3-Steckverbinder mit den Trägerplatinen.
- Standard-Schnittstellen: USB, PCIe, Display, Ethernet, CAN, seriell und GPIO.
Als Gründungsmitglied der SGET gehört SECO zu den ersten, die SMARC-Module wie das leistungsstarke, energieeffiziente SOM-SMARC-QCS6490 entwerfen und bauen. Diese Lösung wird von dem Qualcomm® Dragonwing™ QCS6490-Prozessor angetrieben, der mehrere Arm Cortex-A78- und Arm Cortex-A55-Kerne für anspruchsvolle Multiprocessing-Aufgaben wie Bildanalyse integriert und gleichzeitig Flug- und Kontrollsysteme stabilisiert (Abbildung 1). Um die hohen Leistungsanforderungen von Verteidigungs- und Avioniksystemen wie UAVs zu unterstützen, umfassen zusätzliche Funktionen.
- Bis zu 12 GB LPDDR5-6400-Speicher zur Verwaltung großer Aufklärungsdatensätze
- Zwei MIPI CSI-Kameraschnittstellen für den Hochgeschwindigkeits-Videoeingang
- CAN-Bus-Schnittstelle zur Unterstützung der Kommunikation zwischen Bordsystemen.
In Kombination mit einer kundenspezifischen Trägerplatine bieten SMARC-Module deutliche Vorteile gegenüber Backplane-basierten Systemen in Bezug auf Formfaktor, Gewicht und thermisches Design (TDP). Das Design der SMARC-Module umfasst:
- Kompakter Formfaktor wird flach auf der Trägerplatine montiert, was sie ideal für platzbeschränkte Designs wie UAVs macht.
- Leichtbauweise reduziert das Gewicht durch sichere Montage ohne große Metallrahmen und Steckverbinderstrukturen
- Lüfterloses Design: arbeitet bei hohen Temperaturen mit minimaler passiver Kühlung, was die Betriebszeit der Geräte im Vergleich zu aktiven Kühlsystemen erhöht.
Die überlegene Leistung von COM Express
COM Express ist eine Reihe von Computer-on-Module-Spezifikationen, die von der PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) verwaltet werden, deren aktives Mitglied SECO ist. Wie SMARC unterstützt COM Express Arm- und x86-Verarbeitungsarchitekturen, aber seine Module bieten größere Rechen- und Schnittstellenfähigkeiten, um leistungsstärkere eingebettete Anwendungen zu unterstützen.
Zum Beispiel wird das SOM-COMe-BT6-ARL COM Express Rel. 3.1 Typ 6 Basic Module von Intel® Core™ Ultra Series Prozessoren mit mehreren turbo-fähigen Performance (P) und Effizienz (E) Kernen angetrieben. Eingebaute KI-Beschleunigung mit bis zu 13 TOPS ermöglicht Analysen und Entscheidungsfindung auf nächster Ebene in missionskritischen Systemen, kombiniert mit Intels Xe LPG GraphicsArchitecture GPU für hochdurchsatzfähige Computer Vision. Zwei DDR5 SO-DIMM-Steckplätze unterstützen bis zu 64 GB DDR5-6400-Speicher für komplexe Datenanalysen. Sein 125 mm x 95 mm großer Formfaktor ist im COM Express „Basic“-Format üblich – erheblich kleiner als die 100 mm x 160 mm 3U VPX-Karte.
Für eine noch kleinere Lösung misst SECOs SOM-COMe-CT6-Snapdragon-X COM Express 3.1 Typ 6 Compact-Modul 95 mm x 95 mm. Die Größe beeinträchtigt nicht die Leistung. Neben dem Snapdragon X-Prozessor und bis zu 64 GB verlötetem LPDDR5-Speicher bietet ein Qualcomm Hexagon NPU bis zu 45 TOPS für fortschrittliche KI-Verarbeitung. Dies macht das SOM-COMe-CT6-Snapdragon-X-Modul gut geeignet für den Bau intelligenter autonomer Systeme, bei denen die Größe und das Gewicht der Rechenressourcen bisher ein Problem waren.
Wie SMARC bietet COM Express die gleichen Vorteile einer flachen, sicheren Montage auf Trägerplatinen, wodurch Volumen und Gewicht im Vergleich zu Backplane-basierten Architekturen eliminiert werden. Während einige Systemdesigns aufgrund erhöhter Verarbeitungsanforderungen eine aktive Kühlung erfordern, verwenden viele COM Express-Systeme passive Kühlung für eine größere TDP-Effizienz als Backplane-Systeme. Bei ordnungsgemäßer Installation mit leitfähigen Schmiermitteln und anderen Überlegungen arbeiten sowohl SMARC- als auch COM Express-Module zuverlässig in herausfordernden mechanischen Schock- und Vibrationsumgebungen.
Optimale Ansätze für das Design unbemannter Systeme
Für MOSA-ausgerichtete Verteidigungs- und Avionik-Anwendungsfälle wie unbemannte oder unbesetzte Systeme ist SWaP-C alles. Computer-on-Modules, auch bekannt als System-on-Modules (SOMs), bieten eine lange Lebensdauer und einen modularen Ausgangspunkt für flexible Designs, die sich über Jahrzehnte in die Zukunft erstrecken können. SECO führt in diesem Sektor mit seinen SMARC- und COM Express-Modulen, die die neueste Prozessortechnologie bieten, um modernste Missionsanforderungen zu unterstützen.
Erfahren Sie mehr über SECOS zuverlässige, leistungsstarke Computer-on-Module-Lösungen und wie das Unternehmen den Weg in der SWaP-C-Optimierung und MOSA-basierten Designstrategien ebnet, um in diesen schnell wachsenden Markt der Verteidigung & Avionik einzutreten.