Les cartes embarquées sont des plateformes informatiques compactes qui assurent des fonctions de traitement, de contrôle, de mise en réseau et de gestion des données au sein des systèmes électroniques des secteurs de la défense et de l’aérospatiale. Parmi les architectures, on trouve les ordinateurs monocarte, les modules VPX et OpenVPX, les cartes VME et CompactPCI, les conceptions de type « ordinateur sur module », les modules FPGA et les plateformes de traitement basées sur des GPU.
Cette page présente des fabricants de cartes embarquées destinés aux systèmes informatiques de mission, à la surveillance, au renseignement et à la reconnaissance (ISR), aux radars, à la guerre électronique, à l’avionique et aux systèmes maritimes.
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Traitement d'images robuste et composants électroniques critiques pour les systèmes de défense
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Écrans robustes pour applications critiques, informatique embarquée et électronique pour les systèmes de défense
Composants électroniques de pointe conformes à la NDAA pour les plateformes critiques de drones et de robotique. Fabriqués aux États-Unis.
Solutions graphiques vidéo haute performance, GPGPU, traitement IA/ML et affichage pour les environnements critiques
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Les cartes embarquées assurent les fonctions de traitement, de contrôle, de mise en réseau et de gestion des données qui constituent le cœur de nombreux systèmes électroniques de défense. Selon son architecture, une carte informatique embarquée peut combiner des processeurs, de la mémoire, un dispositif de stockage, des interfaces haut débit et des accélérateurs spécialisés au sein d’un module compact conçu pour s’intégrer à une plateforme plus vaste.
Les applications militaires exigent souvent des performances informatiques supérieures à celles des systèmes grand public. Une carte informatique embarquée robuste peut devoir fonctionner en présence de vibrations, de températures extrêmes, d’interférences électromagnétiques, dans des conditions de refroidissement limitées et sur des cycles de vie de programme prolongés. Le format, l’architecture de traitement, les E/S, la conception environnementale, la cybersécurité, le soutien tout au long du cycle de vie et l’interopérabilité influencent donc le choix des cartes informatiques embarquées.
Carte de traitement d’images GPU et FPGA de Futuris Electronic
Un ordinateur monocarte intègre sur un seul circuit imprimé les principales fonctions de calcul nécessaires au fonctionnement d’un système embarqué. Une carte SBC embarquée peut inclure un processeur, une mémoire système, des interfaces de stockage, des fonctionnalités réseau, des capacités graphiques et des E/S périphériques, ce qui la rend adaptée aux ordinateurs de mission, à l’électronique automobile, aux systèmes de contrôle et aux nœuds de traitement distribués.
Les cartes VPX utilisent des formats de modules enfichables robustes de 3U ou 6U, dotés de structures série haut débit et d’une connectivité par fond de panier. La norme OpenVPX applique des profils définis pour les emplacements, les modules, les fonds de panier et les interconnexions, ce qui améliore l’interopérabilité au sein des architectures de systèmes modulaires. Une carte VPX embarquée est adaptée aux architectures de traitement modulaires et hautes performances où la bande passante, le refroidissement, l’évolutivité et l’intégration technologique sont essentiels.
Les cartes VME utilisent une architecture à bus parallèle mise en place avant l’apparition des nouvelles normes de structures commutées. Elles restent d’actualité lorsque les plateformes militaires existantes dépendent d’une infrastructure VME, de logiciels et d’E/S déjà installés. Les cartes CPU embarquées plus récentes peuvent également prendre en charge les programmes de modernisation des systèmes existants lorsque le remplacement complet d’une architecture informatique s’avérerait peu pratique ou inutilement perturbateur.
La norme CompactPCI applique la mécanique modulaire Eurocard et la connectivité PCI à l’informatique embarquée, tandis que la norme CompactPCI Serial utilise des interfaces série haut débit telles que PCI Express et Ethernet via le fond de panier. Ces cartes informatiques embarquées peuvent prendre en charge des systèmes de défense bénéficiant d’une extension modulaire, d’interfaces de fond de panier définies et d’une approche structurée pour l’intégration des cartes de processeur, de réseau, de stockage et de périphériques.
Les architectures «Computer-on-Module» regroupent le cœur de traitement, la mémoire et les interfaces standard sur un module remplaçable qui se connecte à une carte porteuse spécifique à l’application. Cette approche sépare la technologie du processeur des E/S de la plate-forme, permettant ainsi aux concepteurs d’adapter la carte porteuse tout en conservant une voie plus facile à gérer pour les mises à niveau du processeur, les renouvellements technologiques et les changements liés au cycle de vie.
Condor NVB500xX, carte graphique XMC robuste et GPGPU, proposée par EIZO Rugged Solution
Les modules mezzanine XMC ajoutent des capacités de traitement ou d’E/S spécialisées à une carte hôte via des interfaces compactes et à haut débit, tandis que les cartes porteuses fournissent les connexions hôtes et le support physique nécessaires à l’intégration de ces modules dans un système plus vaste. Les modules XMC peuvent offrir des fonctions FPGA, de mise en réseau, de stockage, graphiques ou d’acquisition de données sans nécessiter une carte de taille standard pour chaque fonctionnalité, ce qui contribue à accroître la densité fonctionnelle au sein de systèmes embarqués aux contraintes d’espace limitées.
Une carte FPGA embarquée utilise une logique programmable pour un traitement des données hautement parallèle et déterministe. Les FPGA sont particulièrement utiles lorsque les flux de capteurs doivent être filtrés, transformés, mis en paquets ou analysés avec une latence prévisible, notamment dans les systèmes de radar, de guerre électronique, de communication et d’imagerie. Ils permettent également de mettre en œuvre des interfaces personnalisées et des fonctions de prétraitement à proximité de la source de données.
Une carte GPU embarquée fournit des ressources de traitement parallèle pour les charges de travail graphiques et de calcul général, le terme GPGPU désignant l’utilisation des ressources du GPU pour des calculs non graphiques. Les applications de défense peuvent utiliser des GPU pour le traitement d’images, la fusion de capteurs, la vision par ordinateur, l’inférence IA et la visualisation. L’intégration nécessite de trouver un équilibre entre le débit de calcul et la consommation électrique, la dissipation thermique, la taille physique, la bande passante mémoire et les exigences en matière de transfert de données.
Les cartes de processeurs embarqués basées sur des architectures x86 prennent en charge des charges de travail riches en logiciels qui bénéficient de systèmes d’exploitation matures, d’outils de développement, d’options de virtualisation et d’une large compatibilité applicative. Elles sont couramment envisagées pour l’informatique de mission, les fonctions de commandement et de contrôle, le traitement des données et les interfaces homme-machine où les performances polyvalentes et la portabilité logicielle sont des priorités.
Les cartes embarquées basées sur Arm peuvent offrir de solides performances de traitement dans des enveloppes énergétiques restreintes. Elles sont utilisées dans les applications de contrôle, de communication, d’autonomie et de traitement en périphérie. Leur adéquation dépend de la prise en charge logicielle, des interfaces requises, du comportement en temps réel, de l’intégration d’accélérateurs, des capacités de sécurité, ainsi que des limites électriques et thermiques de la plateforme hôte.
Les ordinateurs de mission combinent les données provenant des capteurs, des équipements de communication, des systèmes de navigation et des interfaces opérateur. Les cartes informatiques embarquées dans les architectures ISR peuvent assurer l’acquisition des données des capteurs, la fusion des données, le traitement d’images, l’enregistrement et la diffusion sur réseau, tout en fonctionnant dans le respect de contraintes strictes en matière d’espace, de consommation électrique, de refroidissement, de bande passante et de latence.
Les systèmesradar et de guerre électronique génèrent d’importants flux de données continus qui nécessitent un transfert et un traitement rapides. Les cartes FPGA, GPU et à processeurs multicœurs peuvent répartir les charges de travail, telles que le traitement numérique du signal, la formation de faisceaux, la détection, la classification et la réduction des données, entre des ressources informatiques spécialisées en fonction des exigences en matière de latence, de débit et de déterminisme.
Les aéronefs et les véhicules aériens sans pilote utilisent des cartes embarquées pour le traitement des missions, le contrôle de la charge utile, la navigation, les communications et l’autonomie. Les conceptions aéroportées accordent une importance particulière à la légèreté, à une gestion thermique efficace, à des interfaces déterministes, à la résilience environnementale et à une gestion rigoureuse de la consommation d’énergie, notamment sur les petites plateformes dotées d’une capacité de refroidissement limitée.
Les plateformes terrestres utilisent des cartes informatiques embarquées pour la perception, la navigation, les communications, la connaissance de la situation et la gestion de la charge utile. Le renforcement de la robustesse doit tenir compte des chocs, des vibrations, de la poussière, des variations de température et des environnements électriques propres au véhicule, tout en conservant une capacité de traitement suffisante pour la fusion de capteurs en temps réel et le fonctionnement autonome ou assisté.
Les navires de surface et les plates-formes sous-marines utilisent l’informatique embarquée pour le sonar, la navigation, la surveillance des machines, les communications, le contrôle de la charge utile et l’autonomie. Le choix des cartes doit tenir compte de la conception du boîtier, du refroidissement, des vibrations, de la protection contre l’humidité, des risques de corrosion, du fonctionnement de longue durée et des débits de données élevés associés aux capteurs acoustiques et autres capteurs maritimes.
Les exigences de qualification applicables dépendent de la carte embarquée, du boîtier, de la plateforme hôte, de l’environnement prévu et du cahier des charges d’acquisition. La qualification est souvent effectuée au niveau de l’équipement ou du système plutôt que de traiter la carte interne comme un composant qualifié de manière indépendante. Les normes et architectures couramment référencées comprennent :
Ces normes ne remplacent pas l’ingénierie spécifique à chaque plateforme. La qualification doit refléter les conditions mécaniques, électriques, thermiques, électromagnétiques et d’environnement de mission réelles du système complet, ainsi que les exigences applicables en matière de fiabilité et de cycle de vie.
Plusieurs orientations technologiques influencent la prochaine génération d’informatique embarquée robuste :
Pour les fabricants de cartes embarquées et les intégrateurs de systèmes, ces évolutions renforcent la nécessité d’évaluer les performances parallèlement à la robustesse, à l’interopérabilité, au refroidissement, à la cybersécurité, à la sécurité de la chaîne d’approvisionnement, au support tout au long du cycle de vie et à la stratégie de mise à niveau.
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