Militärische FPGA-Module bieten rekonfigurierbare, deterministische Verarbeitungsfunktionen für Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtsysteme, die Arbeitslasten in den Bereichen Sensorik mit hoher Bandbreite, Kommunikation, Radar, elektronische Kriegsführung, Bildverarbeitung und Steuerung bewältigen. Zu den verfügbaren Architekturen zählen FPGA-Verarbeitungskarten, System-on-Modules, Mezzanine-Karten, FPGA-SoCs, RFSoCs sowie robuste oder strahlungsresistente Designs.
Auf dieser Seite werden Hersteller von FPGA-Modulen vorgestellt, die VPX-, OpenVPX-, FMC/FMC+-, XMC- und PCIe-Lösungen zur Integration in Embedded-Computer, Avionik, Missionssysteme und Sensornutzlasten anbieten.
Lesen Sie den Technologieübersicht
Robuste Hochleistungsrechner und Video-E/A-Module: 6U und 3U VPX sowie XMC für Verteidigungsanwendungen
Robuste Bildverarbeitung und missionskritische Elektronik für Verteidigungssysteme
Hochentwickelte Militär- und Verteidigungselektronik, Elektrooptik, Wärmebildtechnik, FPGA, eingebettete Systeme, industrielles Internet der Dinge (IIoT) und intelligente Energielösungen
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Militärische FPGA-Module bieten rekonfigurierbare Verarbeitungsmöglichkeiten für Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtsysteme, die eine schnelle Datenverarbeitung, einen deterministischen Betrieb und anpassungsfähige Hardwarearchitekturen erfordern. Ein Field-Programmable Gate Array (FPGA) enthält konfigurierbare Logik, programmierbare Verbindungen, eingebetteten Speicher, Ressourcen zur Signalverarbeitung sowie weitere Hardwareblöcke, die für anwendungsspezifische Verarbeitungsaufgaben konfiguriert werden können, ohne dass ein dedizierter anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) erforderlich ist. Dadurch kann dieselbe Hardwareplattform Funktionen unterstützen, die von der Sensorverarbeitung und Kommunikation bis hin zu Radar und elektronischer Kriegsführung reichen.
FPGA-Designs in Militärqualität werden üblicherweise in robuste Embedded-Computer, Sensornutzlasten, Kommunikationsgeräte, Avionik und Missionssysteme integriert. FPGA-System-on-Chip-Bausteine (SoC) können programmierbare Logik mit Prozessorkernen kombinieren, während spezialisierte Radio-Frequency-System-on-Chip-Architekturen (RFSoC) die Hochgeschwindigkeits-Datenkonvertierung mit digitaler Verarbeitung integrieren. Dadurch lassen sich große Datenströme in unmittelbarer Nähe des Sensors verarbeiten und gleichzeitig anspruchsvolle Anforderungen hinsichtlich Latenz, Größe, Gewicht, Leistungsaufnahme und Umweltverträglichkeit erfüllt werden.
Militär-FPGA, Trägerplatine von Kuantek.
Militärische FPGA-Hardware eignet sich hervorragend für die Echtzeitverarbeitung, da viele Berechnungen und Datenpfade innerhalb der programmierbaren Logik gleichzeitig ablaufen können. FPGA-Module können Eingaben von Radar-, elektronischen Kampfsystemen, elektrooptischen, Infrarot-, akustischen, Navigations- und anderen Sensorsystemen verarbeiten und dabei Funktionen wie Filterung, Kanalisierung, Datenreduktion, Synchronisation und Sensorfusion ausführen, bevor die Informationen an übergeordnete Rechensysteme weitergeleitet werden.
FPGA-Karten können Bild- und Videostreams mit hoher Bandbreite und vorhersehbarer Latenz verarbeiten, wodurch sie sich für Anwendungen wie Bildkorrektur, -verbesserung, -skalierung, -filterung, -komprimierung und -formatkonvertierung eignen. Sie können zudem Daten von elektrooptischen und Infrarotsensoren für Aufgaben im Bereich Computer Vision und künstliche Intelligenz vorverarbeiten und so die Menge an Rohbilddaten reduzieren, die an Zentralprozessoren (CPUs), Grafikprozessoren (GPUs) oder andere Verarbeitungshardware übertragen werden muss.
Radar-FPGA- und elektronische Kriegsführungsarchitekturen nutzen hochparallele programmierbare Logik für rechenintensive Signalverarbeitungsvorgänge, wodurch mehrere Funktionen gleichzeitig mit geringer Latenz ausgeführt werden können. Zu den militärischen Anwendungen von FPGAs zählen unter anderem digitale Strahlformung, Impulsverarbeitung, Berechnungen der schnellen Fourier-Transformation, Kanalisierung, Spektrumanalyse, Signalerkennung, Wellenformgenerierung und Peilverarbeitungsprozesse, während Hochgeschwindigkeitsschnittstellen es der Hardware ermöglichen, große Mengen digitalisierter Hochfrequenz- und Zwischenfrequenzdaten zu verarbeiten.
FPGA-Module für den Verteidigungsbereich können Basisband- und Zwischenfrequenzverarbeitung für taktische Kommunikation, softwaredefinierte Funkgeräte, Satellitenkommunikation und Datenverbindungen durchführen. Zu den typischen Funktionen zählen Modulation und Demodulation, digitale Auf- und Abwärtskonvertierung, Filterung, Kanalcodierung, Fehlerkorrektur und Paketverarbeitung, während die Reprogrammierbarkeit die Einführung aktualisierter Wellenformen und Verarbeitungsfunktionen ermöglicht, ohne die gesamte Hardwarearchitektur ersetzen zu müssen.
FPGA-Module können verschiedene digitale Schnittstellen und Kommunikationsprotokolle innerhalb komplexer militärischer elektronischer Systeme überbrücken und so dazu beitragen, ältere Geräte mit neueren modularen Rechen- oder Sensorarchitekturen zu verbinden. Programmierbare Logik kann serielle Hochgeschwindigkeitsverbindungen, Ethernet, Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express), Sensorschnittstellen, Datenwandler und kundenspezifische Busse verwalten und gleichzeitig Pufferung, Routing, Formatierung und Zeitsteuerung übernehmen.
FPGA-Hardware kann präzise Zeitsteuerung, Triggerung, Synchronisation und deterministische Steuerung für verteilte Elektronik bereitstellen, was sie dort nützlich macht, wo mehrere Sensoren oder Subsysteme in eng aufeinander abgestimmten Abläufen arbeiten müssen. Zu den Anwendungen im Verteidigungsbereich gehören die Verwaltung der Datenerfassung, die Erzeugung von Zeitsteuerungssignalen, die Synchronisation von Kanälen, die Koordination von Sensoren und die Steuerung von Peripheriehardware, wobei dedizierte Zeitsteuerungspfade in der Lage sind, unabhängig und gleichzeitig zu arbeiten, anstatt sich vollständig auf die sequenzielle Softwareausführung zu verlassen.
FPGA-Hardware, GPU- und FPGA-Bildverarbeitungsplatine von Futuris.
Militärische FPGA-Module sind in verschiedenen Architekturen erhältlich, die für unterschiedliche Verarbeitungsaufgaben, Integrationsanforderungen, Umgebungsbedingungen und Systembeschränkungen geeignet sind.
Die Wahl zwischen diesen FPGA-Modultypen hängt von der Verarbeitungslast, den Schnittstellenanforderungen, den Umgebungsbedingungen, dem verfügbaren Platz, den Leistungsgrenzen und der Architektur des Gesamtsystems ab.
Hersteller von militärischen FPGAs und Anbieter von FPGA-Platinen bieten Verarbeitungshardware in standardisierten und anwendungsspezifischen Formfaktoren an, die jeweils unterschiedliche Kombinationen aus Modularität, Robustheit, E/A-Dichte, Kühlleistung und Kompatibilität mit eingebetteten Rechnerarchitekturen im Verteidigungsbereich bieten.
| Formfaktor | Wichtige Merkmale | Typische Integration |
| VPX- und OpenVPX-FPGA-Platinen | Robuste Backplane -Architektur, die serielle Hochgeschwindigkeitsverbindungen und skalierbare eingebettete Verarbeitung unterstützt | Radar-, elektronische Kriegsführung-, Missionsrechner- und Sensorverarbeitungssysteme |
| VITA 57 FPGA-Mezzanine-Karten (FMC) und FMC+-Module | FPGA-Mezzanine-Karten-Standards zum Hinzufügen von Datenkonvertierung, Netzwerkfunktionen, HF-Funktionen und anderen Hochgeschwindigkeits-E/A-Funktionen | Modulare FPGA-Verarbeitungs- und Sensorschnittstellensysteme |
| FPGA-Module im Switched-Mezzanine-Card-Format (XMC) | Kompaktes Mezzanine-Format mit Unterstützung für PCI Express und andere Hochgeschwindigkeitsschnittstellen | Embedded-Computer, die zusätzliche FPGA-Beschleunigung oder E/A benötigen |
| PCI-Express (PCIe)-FPGA-Karten | FPGA-Beschleuniger- oder Verarbeitungskarten mit Anbindung über PCI Express | Entwicklungsplattformen, Missionscomputer, Signalverarbeitung und Datensysteme mit hohem Durchsatz |
| COM Express und eingebettete Trägerplatinen-Architekturen | Modulare Rechnerarchitekturen, die Prozessormodule mit FPGA-basierter Träger- oder Begleit-Hardware kombinieren können | Integrierte eingebettete Verarbeitungs- und Steuerungssysteme |
| Kundenspezifische und anwendungsspezifische FPGA-Module | Speziell entwickelte Platinen, die für bestimmte Schnittstellen, mechanische Abmessungen oder Verarbeitungsanforderungen optimiert sind | Platzbeschränkte oder hochspezialisierte Verteidigungselektronik |
Die Wahl des Formfaktors hängt eng mit der Backplane-Kompatibilität, der Kühlung, den verfügbaren Ein- und Ausgängen, der Systemgröße, der Umgebungsqualifizierung und dem von der Anwendung geforderten Datendurchsatz zusammen.
Mehrere Entwicklungen erweitern die Verarbeitungsdichte, Integration und Sicherheit, die die FPGA-Technik für Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtanwendungen bietet.
Zusammen führen diese Entwicklungen dazu, dass immer mehr Radar-, Kommunikations-, Sensor- und Missionsverarbeitungsaufgaben innerhalb kompakter militärischer FPGA-Module ausgeführt werden können, während gleichzeitig die Rekonfigurierbarkeit erhalten bleibt, die die FPGA-Technologie von Verarbeitungshardware mit festen Funktionen unterscheidet.
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