Al construir equipos de aviónica con recursos limitados, como Vehículos Aéreos No Tripulados (UAVs), drones y sistemas de control de carga, la optimización de SWaP-C (tamaño, peso, potencia y costo) es un factor crítico para cumplir con los requisitos de rendimiento críticos para la misión. Por eso, iniciativas del Departamento de Defensa (DoD) como MOSA (Enfoque de Sistemas Abiertos Modulares) buscan apoyar la optimización de SWaP-C a través de una mayor asequibilidad, interoperabilidad y adaptabilidad del sistema en aplicaciones militares.
Para alinearse con estos requisitos, muchos sistemas de defensa y aviónica utilizan arquitecturas basadas en backplane como los estándares de computación embebida CompactPCI, MicroTCA u OpenVPX. Pero estas arquitecturas presentan un desafío directo a la optimización de SWaP-C debido a sus inherentes restricciones de factor de forma.
SECO resuelve estos desafíos con sus productos SMARC (Smart Mobility Architecture) y COM Express, basados en especificaciones de computadora en módulo (COM) de estándar abierto.
Optimizando SWaP-C con Computadoras en Módulos
SMARC y COM Express utilizan un marco modular similar a una tarjeta que se alinea con la estrategia de diseño MOSA. El marco modular supera el pesado chasis, el estricto backplane y los voluminosos conectores de las especificaciones OpenVPX, CompactPCI y MicroTCA que obstaculizan la optimización de SWaP-C.
En cambio, SMARC y COM Express utilizan una combinación de módulos comerciales disponibles (COTS) y placas portadoras específicas para aplicaciones para soportar una computación compacta, ligera y eficiente en energía. Dado que estos módulos solo requieren el desarrollo de la placa portadora para la integración del sistema, los costos de desarrollo y el tiempo de comercialización se reducen significativamente.
Las especificaciones SMARC y COM Express no están vinculadas a un solo proveedor, lo que significa que las futuras iteraciones de diseño pueden intercambiar fácilmente módulos de computación obsoletos por la última versión, sin rediseñar la placa portadora. Este enfoque basado en estándares promueve la escalabilidad y una larga vida útil del equipo para la optimización de costos y recursos.
Módulos SMARC para Sistemas con Restricciones de Espacio
SMARC es un estándar de computadora en módulo de factor de forma pequeño desarrollado por el Grupo de Estandarización para Tecnologías Embebidas (SGET). Está diseñado para satisfacer las demandas de sistemas embebidos con restricciones de recursos que requieren bajo consumo de energía, bajo costo y alto rendimiento. SMARC presenta una plataforma de computación versátil para tecnologías de procesadores Arm y x86:
- Huella compacta: 82 mm x 50 mm para el formato de tamaño 'Corto'. Esto es significativamente más pequeño y ligero que los módulos de sistema de backplane como las tarjetas 3U VPX, que miden 100 mm x 160 mm y son considerablemente más gruesas y pesadas debido a la placa frontal del rack y los voluminosos conectores de backplane.
- Montaje fácil: Los módulos SMARC se conectan con las placas portadoras a través de un conector MXM3 de alta velocidad de 314 pines.
- Interfaces estándar: USB, PCIe, display, Ethernet, CAN, serial y GPIO.
Como miembro fundador de SGET, SECO es uno de los primeros en diseñar y construir módulos SMARC como su SOM-SMARC-QCS6490 de alto rendimiento y bajo consumo. Esta solución está impulsada por el procesador Qualcomm® Dragonwing™ QCS6490, que integra múltiples núcleos Arm Cortex-A78 y Arm Cortex-A55 para tareas de multiprocesamiento exigentes como el análisis de imágenes, mientras estabiliza los sistemas de vuelo y control (Figura 1). Para soportar las demandas de alto rendimiento de sistemas de defensa y aviónica como UAVs, se incluyen características adicionales.
- Hasta 12 GB de memoria LPDDR5-6400 para gestionar grandes conjuntos de datos de reconocimiento
- Dos interfaces de cámara MIPI CSI para ingestión de video de alta velocidad
- Interfaz de bus CAN para soportar comunicaciones entre sistemas a bordo.
Cuando se combinan con una placa portadora personalizada, los módulos SMARC ofrecen ventajas distintivas sobre los sistemas basados en backplane en términos de factor de forma, peso y potencia de diseño térmico (TDP). El diseño del módulo SMARC comprende:
- Factor de forma compacto que se monta plano sobre la placa portadora, haciéndolos ideales para diseños con restricciones de espacio como UAVs.
- Construcción ligera que reduce el peso al montarse de manera segura sin grandes estructuras de rack y conectores metálicos
- Diseño sin ventilador: opera a alta temperatura con mínima refrigeración pasiva, aumentando el tiempo de actividad del equipo en comparación con los sistemas de refrigeración activa.
El Poder Superior de COM Express
COM Express es un conjunto de especificaciones de computadora en módulo mantenidas por PICMG (Grupo de Fabricantes de Computadoras Industriales PCI), del cual SECO es un miembro activo. Al igual que SMARC, COM Express soporta arquitecturas de procesamiento Arm y x86, pero sus módulos ofrecen mayores capacidades de computación e interfaz para soportar aplicaciones embebidas de mayor rendimiento.
Por ejemplo, el módulo SOM-COMe-BT6-ARL COM Express Rel. 3.1 Tipo 6 Básico está impulsado por procesadores Intel® Core™ Ultra Series con múltiples núcleos de rendimiento (P) y eficiencia (E) capaces de turbo. La aceleración de IA incorporada de hasta 13 TOPS permite un análisis y toma de decisiones de siguiente nivel en sistemas críticos para la misión, combinado con la GPU Intel’s Xe LPG GraphicsArchitecture para visión por computadora de alto rendimiento. Dos ranuras DDR5 SO-DIMM soportan hasta 64 GB de memoria DDR5-6400 para análisis de datos complejos. Su huella de 125 mm x 95 mm es común en el formato de tamaño 'Básico' de COM Express, significativamente más pequeño que la tarjeta 3U VPX de 100 mm x 160 mm.
Para una solución aún más pequeña, el módulo compacto SOM-COMe-CT6-Snapdragon-X COM Express 3.1 Tipo 6 de SECO mide 95 mm x 95 mm. El tamaño no sacrifica el rendimiento. Junto al procesador Snapdragon X y hasta 64 GB de memoria LPDDR5 soldada, un NPU Qualcomm Hexagon proporciona hasta 45 TOPS para procesamiento avanzado de IA. Esto hace que el módulo SOM-COMe-CT6-Snapdragon-X sea adecuado para construir sistemas autónomos inteligentes donde el tamaño y el peso de los recursos de computación han sido previamente un problema.
Al igual que SMARC, COM Express ofrece las mismas ventajas de montaje plano y seguro sobre las placas portadoras, eliminando volumen y peso en comparación con las arquitecturas basadas en backplane. Mientras que algunos diseños de sistemas requieren refrigeración activa debido a los mayores requisitos de procesamiento, muchos sistemas COM Express utilizan refrigeración pasiva para una mayor eficiencia TDP que los sistemas de backplane. Cuando se instalan con lubricantes conductivos adecuados y otras consideraciones, tanto los módulos SMARC como COM Express operan de manera confiable en entornos desafiantes de choque mecánico y vibración.
Enfoques Óptimos para el Diseño de Sistemas No Tripulados
Para casos de uso de defensa y aviónica alineados con MOSA como sistemas no tripulados o no tripulados, SWaP-C lo es todo. Las computadoras en módulos, también conocidas como sistemas en módulos (SOMs), ofrecen un ciclo de vida largo y un punto de partida modular para diseños flexibles que pueden extenderse décadas en el futuro. SECO está liderando el camino en este sector con sus módulos SMARC y COM Express que cuentan con la última tecnología de procesadores para soportar requisitos de misión de vanguardia.
Obtenga más información sobre las soluciones confiables y de alto rendimiento de computadora en módulo de SECO y cómo la compañía está liderando el camino en la optimización de SWaP-C y estrategias de diseño basadas en MOSA para ingresar a este mercado en rápido crecimiento de Defensa y Aviónica.