Lors de la construction d'équipements avioniques à ressources limitées - tels que les véhicules aériens sans pilote (UAV), les drones et les systèmes de contrôle de charge utile - l'optimisation SWaP-C (taille, poids, puissance et coût) est un facteur critique pour répondre aux exigences de performance essentielles à la mission. C'est pourquoi des initiatives du DoD telles que MOSA (Modular Open Systems Approach) visent à soutenir l'optimisation SWaP-C grâce à une plus grande accessibilité financière, interopérabilité et adaptabilité des systèmes dans les applications militaires.
Pour s'aligner sur ces exigences, de nombreux systèmes de défense et d'avionique utilisent des architectures basées sur des backplanes comme les normes de calcul embarqué CompactPCI, MicroTCA ou OpenVPX. Mais ces architectures posent un défi direct à l'optimisation SWaP-C en raison de leurs contraintes de format inhérentes.
SECO résout ces défis avec ses produits SMARC (Smart Mobility Architecture) et COM Express, basés sur des spécifications ouvertes de module informatique (COM).
Optimisation de SWaP-C avec les modules informatiques
SMARC et COM Express utilisent un cadre modulaire de type carte qui s'aligne avec la stratégie de conception MOSA. Le cadre modulaire surmonte le châssis lourd, le backplane strict et les connecteurs encombrants des spécifications OpenVPX, CompactPCI et MicroTCA qui entravent l'optimisation SWaP-C.
Au lieu de cela, SMARC et COM Express utilisent une combinaison de modules commerciaux sur étagère (COTS) et de cartes porteuses spécifiques à l'application pour soutenir un calcul compact, léger et économe en énergie. Étant donné que ces modules ne nécessitent que le développement de cartes porteuses pour l'intégration du système, les coûts de développement et le temps de mise sur le marché sont considérablement réduits.
Les spécifications SMARC et COM Express ne sont pas verrouillées à un seul fournisseur, ce qui signifie que les futures itérations de conception peuvent facilement échanger des modules informatiques en fin de vie pour la dernière version, sans redessiner la carte porteuse. Cette approche basée sur des normes favorise l'évolutivité et une longue durée de vie de l'équipement pour l'optimisation des coûts et des ressources.
Modules SMARC pour les systèmes à espace restreint
SMARC est une norme de module informatique de petit format développée par le Standardization Group for Embedded Technologies (SGET). Elle est conçue pour répondre aux exigences des systèmes embarqués à ressources limitées nécessitant une faible consommation d'énergie, un faible coût et des performances élevées. SMARC présente une plateforme informatique polyvalente pour les technologies de processeur Arm et x86 :
- Empreinte compacte : 82 mm x 50 mm pour le format de taille « Short ». Cela est nettement plus petit et plus léger que les modules de système à backplane comme les cartes 3U VPX, qui mesurent 100 mm x 160 mm et sont considérablement plus épaisses et plus lourdes en raison de la face avant du rack et des connecteurs de backplane encombrants.
- Montage facile : Les modules SMARC s'interfacent avec les cartes porteuses correspondantes via un connecteur MXM3 haute vitesse à 314 broches.
- Interfaces standard : USB, PCIe, affichage, Ethernet, CAN, série et GPIO.
En tant que membre fondateur de SGET, SECO est parmi les premiers à concevoir et construire des modules SMARC comme son SOM-SMARC-QCS6490 haute performance et basse consommation. Cette solution est alimentée par le processeur Qualcomm® Dragonwing™ QCS6490, qui intègre plusieurs cœurs Arm Cortex-A78 et Arm Cortex-A55 pour des tâches de multiprocesseur exigeantes comme l'analyse d'image, tout en stabilisant les systèmes de vol et de contrôle (Figure 1). Pour soutenir les exigences de haute performance des systèmes de défense et d'avionique comme les UAV, des fonctionnalités supplémentaires incluent.
- Jusqu'à 12 Go de mémoire LPDDR5-6400 pour gérer de grands ensembles de données de reconnaissance
- Deux interfaces de caméra MIPI CSI pour l'ingestion vidéo à haute vitesse
- Interface de bus CAN pour prendre en charge les communications entre les systèmes embarqués.
Lorsqu'ils sont combinés avec une carte porteuse personnalisée, les modules SMARC offrent des avantages distincts par rapport aux systèmes basés sur des backplanes en termes de format, de poids et de puissance de conception thermique (TDP). La conception du module SMARC comprend :
- Format compact monté à plat sur la carte porteuse, ce qui les rend idéaux pour les conceptions à espace restreint comme les UAV.
- Construction légère réduit le poids en se montant solidement sans structures de rack et de connecteur métalliques volumineuses
- Conception sans ventilateur : fonctionne à haute température avec un refroidissement passif minimal, augmentant le temps de fonctionnement de l'équipement par rapport aux systèmes de refroidissement actif.
La puissance supérieure de COM Express
COM Express est un ensemble de spécifications de module informatique maintenu par PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group), dont SECO est un membre actif. Comme SMARC, COM Express prend en charge les architectures de traitement Arm et x86, mais ses modules offrent des capacités de calcul et d'interface supérieures pour prendre en charge des applications embarquées à haute performance.
Par exemple, le module SOM-COMe-BT6-ARL COM Express Rel. 3.1 Type 6 Basic est alimenté par des processeurs Intel® Core™ Ultra Series avec plusieurs cœurs de performance (P) et d'efficacité (E) capables de turbo. L'accélération AI intégrée jusqu'à 13 TOPS permet une analyse et une prise de décision de niveau supérieur dans les systèmes critiques, combinée au GPU Intel Xe LPG GraphicsArchitecture pour une vision par ordinateur à haut débit. Deux emplacements DDR5 SO-DIMM prennent en charge jusqu'à 64 Go de mémoire DDR5-6400 pour des analyses de données complexes. Son empreinte de 125 mm x 95 mm est courante dans le format de taille « Basic » de COM Express, nettement plus petite que la carte 3U VPX de 100 mm x 160 mm.
Pour une solution encore plus petite, le module compact SOM-COMe-CT6-Snapdragon-X COM Express 3.1 Type 6 de SECO mesure 95 mm x 95 mm. La taille ne sacrifie pas la performance. Aux côtés du processeur Snapdragon X et jusqu'à 64 Go de mémoire LPDDR5 soudée, un NPU Qualcomm Hexagon fournit jusqu'à 45 TOPS pour le traitement AI avancé. Cela rend le module SOM-COMe-CT6-Snapdragon-X bien adapté à la construction de systèmes autonomes intelligents où la taille et le poids des ressources informatiques ont auparavant été un problème.
Comme SMARC, COM Express offre les mêmes avantages de montage plat et sécurisé sur les cartes porteuses, éliminant l'encombrement et le poids par rapport aux architectures basées sur des backplanes. Bien que certaines conceptions de systèmes nécessitent un refroidissement actif en raison des exigences accrues de traitement, de nombreux systèmes COM Express utilisent un refroidissement passif pour une plus grande efficacité TDP que les systèmes à backplane. Lorsqu'ils sont installés avec des lubrifiants conducteurs appropriés et d'autres considérations, les modules SMARC et COM Express fonctionnent de manière fiable dans des environnements de chocs mécaniques et de vibrations difficiles.
Approches optimales pour la conception de systèmes sans pilote
Pour les cas d'utilisation de défense et d'avionique alignés sur MOSA comme les systèmes sans pilote ou sans équipage, SWaP-C est tout. Les modules informatiques, également connus sous le nom de systèmes sur modules (SOM), offrent une longue durée de vie et un point de départ modulaire pour des conceptions flexibles qui peuvent être étendues sur des décennies. SECO est à la pointe dans ce secteur avec ses modules SMARC et COM Express qui intègrent la dernière technologie de processeur pour répondre aux exigences de mission de pointe.
En savoir plus sur les solutions fiables et haute performance de modules informatiques de SECO et comment l'entreprise est à la pointe de l'optimisation SWaP-C et des stratégies de conception basées sur MOSA pour entrer dans ce marché en pleine croissance de Défense & Avionique.