Les châssis VPX sont des boîtiers informatiques embarqués robustes, conçus pour prendre en charge des modules de traitement haute performance, de mise en réseau, de stockage, de radiofréquence et de traitement du signal sur des plateformes de défense et d’aérospatiale. Conçus autour des architectures VPX et OpenVPX, ces systèmes prennent en charge les ordinateurs de mission, les radars, la guerre électronique, le renseignement d’origine électromagnétique (SIGINT), les systèmes C4ISR, les systèmes autonomes et d’autres applications nécessitant un transfert de données à haut débit et un fonctionnement fiable dans des environnements exigeants.
Cette page présente les fabricants de châssis VPX proposant des systèmes 3U et 6U, des boîtiers VPX robustes, des châssis de développement VPX et des solutions de fond de panier à haut débit.
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Boîtiers électroniques robustes, fonds de panier et intégration complète des systèmes pour les applications de défense et d'aérospatiale
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Un châssis VPX est l’infrastructure mécanique, électrique, thermique et d’alimentation qui héberge des modules enfichables VPX au sein d’un système informatique embarqué robuste. Il fournit le cadre physique et structurel permettant aux cartes processeurs, aux commutateurs réseau, aux modules de stockage, aux accélérateurs FPGA, aux interfaces RF et à d’autres cartes de charge utile de fonctionner ensemble comme un système de mission unifié.
Les plateformes militaires dépendent de plus en plus du traitement en temps réel des données issues des capteurs, des communications, de la navigation, de la guerre électronique (EW) et de la gestion de mission. Les ordinateurs de mission modernes, les systèmes de fusion de capteurs et les architectures C4ISR nécessitent des infrastructures de traitement capables de gérer des flux de données massifs tout en conservant des performances déterministes et une fiabilité élevée. Un boîtier VPX robuste offre l’environnement physique et électrique nécessaire pour prendre en charge ces charges de travail avancées sur des plateformes terrestres, aériennes, maritimes, spatiales et sans pilote, en assurant des fonctions telles que la distribution d’énergie, la gestion de charges thermiques intenses, les communications série à haut débit et la protection des composants électroniques sensibles contre les conditions environnementales extrêmes.
Châssis ATR 3U et 6U de la série 716 d’Atrenne
OpenVPX a été développé pour normaliser les implémentations VPX et résoudre les premiers défis d’interopérabilité entre différents fournisseurs. Il définit des profils d’emplacements, des profils de modules, des topologies de fond de panier et des configurations de développement spécifiques qui garantissent une intégration prévisible du système. En réduisant l’ambiguïté au niveau des broches et des protocoles, OpenVPX permet aux intégrateurs du secteur de la défense de combiner des composants commerciaux prêts à l’emploi (COTS) provenant de plusieurs fournisseurs, tout en minimisant considérablement les risques liés à l’intégration.
L’évolution de l’écosystème est pilotée par les groupes de travail de la VITA (VMEbus International Trade Association), qui publient en permanence des normes afin de suivre le rythme des avancées technologiques commerciales :
Les architectures ouvertes sont désormais obligatoires dans les principales stratégies d’approvisionnement de la défense occidentale. À l’instar de la manière dont OpenVPX, SOSA (Sensor Open Systems Architecture), FACE et CMOSS définissent les cadres logiciels et matériels modulaires, l’infrastructure physique sous-jacente rend possibles, dans la réalité, l’évolutivité à long terme et l’interopérabilité entre plusieurs fournisseurs.
Cage à cartes
Cadres en aluminium usinés avec précision qui assurent le soutien mécanique, l’alignement et la fixation sécurisée des modules à l’aide de verrous à cale ultra-résistants.
Fonds de panier VPX
Carte de circuit imprimé (PCB) multicouche qui sert de colonne vertébrale physique et électrique pour les communications à haut débit.
Distribution d’énergie
Des barres omnibus ou des fonds de panier d’alimentation robustes qui acheminent une alimentation conditionnée et propre vers tous les modules installés.
Infrastructure de refroidissement
Des ventilateurs, des échangeurs de chaleur ou des plaques de refroidissement à liquide conçus pour évacuer l’énergie thermique des composants à forte puissance.
Fonctions de gestion du châssis
Matériel dédié qui surveille l’état du système, les rails d’alimentation, les températures et les conditions de défaillance.
Les capacités des châssis VPX vont des petits boîtiers tactiques à 3 emplacements déployés sur des plateformes sans pilote jusqu’aux systèmes massifs montés en rack de plus de 20 emplacements utilisés dans les centres de commandement des navires de surface. Au sein de ces configurations, les systèmes sont segmentés en emplacements de charge utile destinés au traitement et au stockage, et en emplacements de commutateurs, qui gèrent le routage réseau centralisé et l’agrégation du plan de données. Cette architecture modulaire permet aux intégrateurs de pérenniser facilement les systèmes en laissant des emplacements vides pour des fonctionnalités futures.
Le choix entre ces formats repose principalement sur un compromis entre les contraintes SWaP et la densité de traitement brute :
Les déploiements dans le domaine de la défense soumettent le matériel à des contraintes physiques extrêmes. Afin d’éviter toute défaillance structurelle ou dégradation du signal, un boîtier VPX doit présenter une résistance extrême aux chocs et aux vibrations, en recourant souvent à des structures robustes en aluminium usiné et à des supports d’isolation pour résister aux impacts des véhicules, aux tirs d’armes et aux profils de vol intenses.
De plus, les connecteurs à haute vitesse doivent maintenir un alignement microscopique des signaux dans ces conditions. La facilité de maintenance est également essentielle ; la mécanique du châssis doit prendre en charge un déploiement rapide sur le terrain et des concepts de maintenance à deux niveaux, permettant aux techniciens de remplacer rapidement les modules sans outils spécialisés.
Les puces électroniques modernes dégagent une chaleur exceptionnelle. Avec des processeurs multicœurs avancés, des FPGA haut de gamme et des GPU gourmands en énergie entassés dans des espaces restreints, les performances thermiques constituent souvent le principal goulot d’étranglement limitant les performances de traitement en environnement tactique.
Les systèmes à refroidissement par air reposent sur un flux d’air forcé soufflé directement sur la surface des modules enfichables. Bien qu’économiques, simples à concevoir et très efficaces pour le développement en laboratoire, ils sont peu adaptés aux environnements poussiéreux, humides ou corrosifs, car l’air ambiant entre en contact direct avec les circuits internes. Les systèmes à refroidissement par air sont généralement limités aux abris de commandement climatisés, aux installations terrestres fixes ou aux environnements de laboratoire.
Dans les environnements militaires difficiles, le refroidissement par conduction est la référence absolue. Les composants électroniques internes sont entièrement isolés des contaminants extérieurs tels que le brouillard salin, le sable et l’humidité. La chaleur générée par les puces circule à travers des plaques de conduction métalliques localisées sur la carte, est acheminée vers de lourds verrous en aluminium en forme de coin, puis dissipée directement dans les parois du châssis. De là, la chaleur est rayonnée ou évacuée par les ailettes de refroidissement externes du châssis. Cette méthode constitue le choix privilégié pour les véhicules de combat à chenilles, les baies avioniques des avions à réaction et les systèmes tactiques sans pilote.
Lorsque les exigences de traitement poussent la dissipation thermique au-delà des limites de la conduction métallique, le refroidissement par liquide prend le relais. Ces systèmes intègrent des plaques froides internes ou des canaux de refroidissement acheminés directement à travers les parois du châssis ou l’infrastructure du fond de panier. Grâce à la circulation de fluides de refroidissement spécialisés ou d’huiles de polyalphaoléfine (PAO), les solutions à refroidissement liquide peuvent supporter des charges thermiques extrêmes provenant de GPU empilés ou de réseaux RF. Elles sont couramment intégrées aux navires de surface, aux systèmes de combat sous-marins et aux plates-formes ISR lourdes à voilure fixe, où des boucles de refroidissement liquide au niveau de la plate-forme sont déjà disponibles.
» de LCR Embedded Systems
Conforme à la norme VITA 48.7, le refroidissement par circulation d’air traversante (Air-Flow-Through) offre une approche hybride intelligente. La technologie AFT isole la carte de circuit imprimé sensible à l’intérieur d’une coque de protection étanche, tout en acheminant de l’air de refroidissement robuste directement à travers un échangeur de chaleur interne intégré au châssis mécanique du module. Cela permet aux systèmes de tirer parti des avantages en termes de poids offerts par le refroidissement par air sans exposer les composants électroniques critiques aux débris extérieurs ou à l’humidité.
Garantir une alimentation stable et propre dans des conditions d’exploitation extrêmes est essentiel à la réussite de la mission. Les solutions de châssis VPX utilisent des étages de conversion d’énergie robustes pour abaisser les tensions de la plateforme aux niveaux standard de +12 V et +5 V imposés par les normes OpenVPX et SOSA.
Pour les applications critiques telles que le contrôle de vol, le guidage des armes et les ordinateurs de mission, toute interruption de service du système doit être éliminée. Les baies à haute disponibilité intègrent des alimentations doubles remplaçables à chaud fonctionnant en configuration N+1, des bus de gestion en double étoile parallèles et des emplacements de commutateurs réseau redondants. En cas de défaillance d’un rail d’alimentation ou de mise hors ligne d’un emplacement de commutateur, le système bascule automatiquement vers la ligne de secours en quelques millisecondes sans interrompre les opérations de mission.
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