Quando si costruiscono apparecchiature avioniche con risorse limitate - come veicoli aerei senza pilota (UAV), droni e sistemi di controllo del carico utile - l'ottimizzazione di SWaP-C (dimensioni, peso, potenza e costo) è un fattore critico per soddisfare i requisiti di prestazioni essenziali per la missione. Ecco perché le iniziative del DoD, come MOSA (Modular Open Systems Approach), mirano a supportare l'ottimizzazione di SWaP-C attraverso una maggiore convenienza, interoperabilità e adattabilità del sistema nelle applicazioni militari.
Per allinearsi a questi requisiti, molti sistemi di difesa e avionica utilizzano architetture basate su backplane come gli standard di calcolo embedded CompactPCI, MicroTCA o OpenVPX. Tuttavia, queste architetture presentano una sfida diretta all'ottimizzazione SWaP-C a causa dei loro vincoli intrinseci di form-factor.
SECO risolve queste sfide con i suoi prodotti SMARC (Smart Mobility Architecture) e COM Express, basati su specifiche open-standard di computer-on-module (COM).
Ottimizzazione di SWaP-C con Computer-On-Modules
SMARC e COM Express utilizzano un framework modulare simile a una scheda che si allinea con la strategia di design MOSA. Il framework modulare supera i pesanti chassis, i rigidi backplane e i connettori ingombranti delle specifiche OpenVPX, CompactPCI e MicroTCA che ostacolano l'ottimizzazione SWaP-C.
Invece, SMARC e COM Express utilizzano una combinazione di moduli commerciali off-the-shelf (COTS) e schede carrier specifiche per applicazioni per supportare un calcolo compatto, leggero ed efficiente dal punto di vista energetico. Poiché questi moduli richiedono solo lo sviluppo della scheda carrier per l'integrazione del sistema, i costi di sviluppo e il time-to-market sono significativamente ridotti.
Le specifiche SMARC e COM Express non sono vincolate a un singolo fornitore, il che significa che le future iterazioni di design possono facilmente sostituire i moduli di calcolo a fine vita con la versione più recente, senza ridisegnare la scheda carrier. Questo approccio basato su standard promuove la scalabilità e una lunga durata delle apparecchiature per l'ottimizzazione dei costi e delle risorse.
Moduli SMARC per Sistemi con Vincoli di Spazio
SMARC è uno standard di computer-on-module a piccolo form-factor sviluppato dal Gruppo di Standardizzazione per le Tecnologie Embedded (SGET). È progettato per soddisfare le esigenze dei sistemi embedded con risorse limitate che richiedono un basso consumo energetico, un basso costo e alte prestazioni. SMARC presenta una piattaforma di calcolo versatile per le tecnologie dei processori Arm e x86:
- Ingombro compatto: 82 mm x 50 mm per il formato di dimensioni 'Short'. Questo è significativamente più piccolo e leggero rispetto ai moduli di sistema backplane come le schede 3U VPX, che misurano 100 mm x 160 mm e sono considerevolmente più spesse e pesanti a causa della piastra frontale del rack e dei connettori backplane ingombranti.
- Montaggio facile: i moduli SMARC si interfacciano con le schede carrier tramite un connettore MXM3 ad alta velocità a 314 pin.
- Interfacce standard: USB, PCIe, display, Ethernet, CAN, seriale e GPIO.
Come membro fondatore di SGET, SECO è tra i primi a progettare e costruire moduli SMARC come il suo SOM-SMARC-QCS6490 ad alte prestazioni e basso consumo. Questa soluzione è alimentata dal processore Qualcomm® Dragonwing™ QCS6490, che integra più core Arm Cortex-A78 e Arm Cortex-A55 per compiti di multiprocessing impegnativi come l'analisi delle immagini, stabilizzando al contempo i sistemi di volo e controllo (Figura 1). Per supportare le elevate esigenze prestazionali dei sistemi di difesa e avionica come gli UAV, le caratteristiche aggiuntive includono.
- Fino a 12 GB di memoria LPDDR5-6400 per gestire grandi set di dati di ricognizione
- Due interfacce per fotocamera MIPI CSI per l'acquisizione video ad alta velocità
- Interfaccia CAN bus per supportare le comunicazioni tra i sistemi di bordo.
Quando combinati con una scheda carrier personalizzata, i moduli SMARC offrono vantaggi distinti rispetto ai sistemi basati su backplane in termini di form factor, peso e potenza termica di progetto (TDP). Il design del modulo SMARC comprende:
- Form factor compatto che si monta piatto sulla scheda carrier, rendendoli ideali per design con vincoli di spazio come gli UAV.
- Costruzione leggera che riduce il peso montando in modo sicuro senza grandi strutture metalliche per rack e connettori
- Design senza ventola: opera ad alta temperatura con un raffreddamento passivo minimo, aumentando il tempo di attività delle apparecchiature rispetto ai sistemi di raffreddamento attivo.
La Potenza Superiore di COM Express
COM Express è un insieme di specifiche di computer-on-module mantenute da PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group), di cui SECO è un membro attivo. Come SMARC, COM Express supporta le architetture di elaborazione Arm e x86, ma i suoi moduli offrono maggiori capacità di calcolo e interfaccia per supportare applicazioni embedded ad alte prestazioni.
Ad esempio, il modulo SOM-COMe-BT6-ARL COM Express Rel. 3.1 Type 6 Basic è alimentato dai processori Intel® Core™ Ultra Series con più core di prestazioni (P) e di efficienza (E) capaci di turbo. L'accelerazione AI integrata fino a 13 TOPS consente analisi e decisioni di livello superiore nei sistemi mission-critical, combinata con la GPU Intel’s Xe LPG GraphicsArchitecture per la visione artificiale ad alta velocità. Due slot DDR5 SO-DIMM supportano fino a 64 GB di memoria DDR5-6400 per analisi dati complesse. Il suo ingombro di 125 mm x 95 mm è comune nel formato di dimensioni 'Basic' di COM Express—significativamente più piccolo della scheda 3U VPX da 100 mm x 160 mm.
Per una soluzione ancora più piccola, il modulo SOM-COMe-CT6-Snapdragon-X COM Express 3.1 Type 6 Compact di SECO misura 95 mm x 95 mm. Le dimensioni non sacrificano le prestazioni. Accanto al processore Snapdragon X e fino a 64 GB di memoria LPDDR5 saldata, un Qualcomm Hexagon NPU fornisce fino a 45 TOPS per l'elaborazione AI avanzata. Questo rende il modulo SOM-COMe-CT6-Snapdragon-X adatto alla costruzione di sistemi autonomi intelligenti dove le dimensioni e il peso delle risorse di calcolo sono stati precedentemente un problema.
Come SMARC, COM Express offre gli stessi vantaggi di montaggio piatto e sicuro sulle schede carrier, eliminando ingombro e peso rispetto alle architetture basate su backplane. Mentre alcuni design di sistema richiedono un raffreddamento attivo a causa delle maggiori esigenze di elaborazione, molti sistemi COM Express utilizzano il raffreddamento passivo per una maggiore efficienza TDP rispetto ai sistemi backplane. Quando installati con lubrificanti conduttivi adeguati e altre considerazioni, sia i moduli SMARC che COM Express operano in modo affidabile in ambienti di shock meccanico e vibrazioni difficili.
Approcci Ottimali per il Design di Sistemi Senza Equipaggio
Per casi d'uso di difesa e avionica allineati a MOSA come i sistemi senza equipaggio o senza pilota, SWaP-C è tutto. I computer-on-modules, noti anche come system-on-modules (SOMs), offrono un ciclo di vita lungo e un punto di partenza modulare per design flessibili che possono essere estesi per decenni nel futuro. SECO sta aprendo la strada in questo settore con i suoi moduli SMARC e COM Express che presentano la tecnologia dei processori più recente per supportare i requisiti di missione all'avanguardia.
Scopri di più sulle soluzioni affidabili e ad alte prestazioni di computer-on-module di SECO e su come l'azienda sta aprendo la strada nell'ottimizzazione SWaP-C e nelle strategie di design basate su MOSA per entrare in questo mercato in rapida crescita di Difesa & Avionica.