リソースが制約されたアビオニクス機器、例えば無人航空機（UAV）、ドローン、ペイロード制御システムを構築する際、SWaP-C（サイズ、重量、電力、コスト）の最適化は、ミッションクリティカルな性能要件を満たすための重要な要素です。そのため、MOSA（モジュラーオープンシステムアプローチ）などの国防総省の取り組みは、軍事用途におけるシステムの経済性、相互運用性、適応性を高めることで、SWaP-Cの最適化を支援することを目指しています。
これらの要件に合わせるために、多くの防衛およびアビオニクスシステムは、CompactPCI、MicroTCA、またはOpenVPXの組み込みコンピューティング標準のようなバックプレーンベースのアーキテクチャを使用しています。しかし、これらのアーキテクチャは、その固有のフォームファクター制約のためにSWaP-C最適化に直接的な課題をもたらします。
SECOは、オープンスタンダードのコンピュータオンモジュール（COM）仕様に基づくSMARC（スマートモビリティアーキテクチャ）およびCOM Express製品でこれらの課題を解決します。
コンピュータオンモジュールによるSWaP-Cの最適化
SMARCおよびCOM Expressは、MOSA設計戦略に一致するカードのようなモジュラーフレームワークを使用しています。このモジュラーフレームワークは、OpenVPX、CompactPCI、およびMicroTCA仕様の重いシャーシ、厳格なバックプレーン、およびかさばるコネクタを克服し、SWaP-Cの最適化を妨げます。
代わりに、SMARCおよびCOM Expressは、市販のオフ・ザ・シェルフ（COTS）モジュールとアプリケーション固有のキャリアボードの組み合わせを使用して、コンパクトで軽量、かつ電力効率の高いコンピューティングをサポートします。これらのモジュールはシステム統合のためにキャリアボードの開発のみを必要とするため、開発コストと市場投入までの時間が大幅に削減されます。
SMARCおよびCOM Express仕様は単一のベンダーに固定されていないため、将来の設計の反復でキャリアボードの再設計を行わずに、寿命が尽きたコンピューティングモジュールを最新バージョンに簡単に交換できます。この標準に基づくアプローチは、コストとリソースの最適化のためのスケーラビリティと長い機器寿命を促進します。
スペース制約のあるシステム向けのSMARCモジュール
SMARCは、組み込み技術の標準化グループ（SGET）によって開発された小型フォームファクターのコンピュータオンモジュール標準です。低消費電力、低コスト、高性能を必要とするリソース制約のある組み込みシステムの要求を満たすように設計されています。SMARCは、Armおよびx86プロセッサ技術のための多用途なコンピューティングプラットフォームを提供します：
- コンパクトなフットプリント: 「ショート」サイズフォーマットで82 mm x 50 mm。これは、ラックのフェースプレートとかさばるバックプレーンコネクタのためにかなり厚く重い100 mm x 160 mmの3U VPXカードのようなバックプレーンシステムモジュールよりもはるかに小さく軽量です。
- 簡単な取り付け: SMARCモジュールは、314ピンの高速MXM3コネクタを介してメイティングキャリアボードとインターフェースします。
- 標準インターフェース: USB、PCIe、ディスプレイ、イーサネット、CAN、シリアル、およびGPIO。
SGETの創設メンバーとして、SECOは高性能で低消費電力のSOM-SMARC-QCS6490のようなSMARCモジュールを設計および構築する最初の企業の一つです。このソリューションは、複数のArm Cortex-A78およびArm Cortex-A55コアを統合し、画像解析のような要求の厳しいマルチプロセッシングタスクを処理しながら、飛行および制御システムを安定させるQualcomm® Dragonwing™ QCS6490プロセッサによって駆動されます（図1）。UAVのような防衛およびアビオニクスシステムの高性能要求をサポートするために、追加の機能が含まれています
- 大規模な偵察データセットを管理するための最大12 GBのLPDDR5-6400メモリ
- 高速ビデオインジェスト用の2つのMIPI CSIカメラインターフェース
- オンボードシステム間の通信をサポートするためのCANバスインターフェース。
カスタムキャリアボードと組み合わせると、SMARCモジュールはフォームファクター、重量、および熱設計電力（TDP）の観点でバックプレーンベースのシステムに対して明確な利点を提供します。SMARCモジュール設計は次のように構成されています：
- コンパクトなフォームファクターはキャリアボードに平らに取り付けられ、UAVのようなスペース制約のある設計に最適です。
- 軽量構造は、大きな金属ラックやコネクタ構造を使用せずにしっかりと取り付けることで重量を削減します。
- ファンレス設計: 最小限の受動冷却で高温で動作し、アクティブ冷却システムと比較して機器の稼働時間を増加させます。
COM Expressの優れたパワー
COM Expressは、SECOが積極的に参加しているPICMG（PCI産業用コンピュータメーカーグループ）によって維持されているコンピュータオンモジュール仕様のセットです。SMARCと同様に、COM ExpressはArmおよびx86処理アーキテクチャをサポートしていますが、そのモジュールは高性能な組み込みアプリケーションをサポートするためにより大きなコンピューティングおよびインターフェース能力を提供します。
例えば、SOM-COMe-BT6-ARL COM Express Rel. 3.1 Type 6 Basic Moduleは、複数のターボ対応性能（P）および効率（E）コアを備えたIntel® Core™ Ultraシリーズプロセッサによって駆動されます。最大13 TOPSのAIアクセラレーションが組み込まれており、ミッションクリティカルなシステムで次世代の分析と意思決定を可能にし、IntelのXe LPG GraphicsArchitecture GPUと組み合わせて高スループットのコンピュータビジョンを実現します。2つのDDR5 SO-DIMMスロットは、複雑なデータ分析のために最大64 GBのDDR5-6400メモリをサポートします。その125 mm x 95 mmのフットプリントは、COM Express「Basic」サイズフォーマット全体で一般的であり、100 mm x 160 mmの3U VPXカードよりもはるかに小さいです。
さらに小型のソリューションとして、SECOのSOM-COMe-CT6-Snapdragon-X COM Express 3.1 Type 6 Compactモジュールは95 mm x 95 mmです。サイズは性能を犠牲にしません。Snapdragon Xプロセッサと最大64 GBのはんだ付けされたLPDDR5メモリに加えて、Qualcomm Hexagon NPUは高度なAI処理のために最大45 TOPSを提供します。これにより、SOM-COMe-CT6-Snapdragon-Xモジュールは、以前はコンピューティングリソースのサイズと重量が問題であったインテリジェントな自律システムの構築に適しています。
SMARCと同様に、COM Expressはキャリアボードへの平らで安全な取り付けの同じ利点を提供し、バックプレーンベースのアーキテクチャと比較してかさばりと重量を排除します。一部のシステム設計では、処理要件の増加によりアクティブ冷却が必要ですが、多くのCOM Expressシステムは、バックプレーンシステムよりもTDP効率が高い受動冷却を使用します。適切な導電性潤滑剤やその他の考慮事項を使用してインストールされると、SMARCおよびCOM Expressモジュールは、厳しい機械的衝撃および振動環境で信頼性を持って動作します。
無人システム設計のための最適なアプローチ
無人または無人システムのようなMOSAに準拠した防衛およびアビオニクスのユースケースでは、SWaP-Cがすべてです。コンピュータオンモジュール、またはシステムオンモジュール（SOM）は、長いライフサイクルと柔軟な設計のためのモジュラーな出発点を提供し、将来数十年にわたって拡張可能です。SECOは、この分野で最先端のミッション要件をサポートする最新のプロセッサ技術を備えたSMARCおよびCOM Expressモジュールでこの分野をリードしています。
SECOの信頼性が高く高性能なコンピュータオンモジュールソリューションについて、また同社がSWaP-C最適化およびMOSAベースの設計戦略でこの急成長する市場に参入する方法について詳しく知るには、防衛＆アビオニクスをご覧ください。