Les modules FPGA militaires offrent un traitement reconfigurable et déterministe destiné aux systèmes de défense et aérospatiaux traitant des charges de travail à forte bande passante dans les domaines des capteurs, des communications, des radars, de la guerre électronique, de l'imagerie et du contrôle. Les architectures disponibles comprennent des cartes de traitement FPGA, des systèmes sur module (SoM), des cartes mezzanine, des SoC FPGA, des SoC RF, ainsi que des conceptions robustes ou résistantes aux rayonnements.
Cette page présente des fabricants de modules FPGA proposant des solutions VPX, OpenVPX, FMC/FMC+, XMC et PCIe destinées à être intégrées dans des ordinateurs embarqués, des systèmes avioniques, des systèmes de mission et des charges utiles de capteurs.
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Modules d'E/S vidéo et de calcul haute performance robustes : 6U et 3U VPX, et XMC pour les applications de défense
Traitement d'images robuste et composants électroniques critiques pour les systèmes de défense
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Les modules FPGA militaires offrent des capacités de traitement reconfigurables pour les systèmes de défense et aérospatiaux qui nécessitent un traitement des données à haut débit, un fonctionnement déterministe et des architectures matérielles adaptables. Un réseau de portes programmables (FPGA) contient une logique configurable, des interconnexions programmables, une mémoire embarquée, des ressources de traitement du signal et d’autres blocs matériels pouvant être configurés pour un traitement spécifique à une application sans nécessiter de circuit intégré spécifique (ASIC), ce qui permet à une même plateforme matérielle de prendre en charge des fonctions allant du traitement des données des capteurs et des communications jusqu’aux radars et à la guerre électronique.
Les conceptions de FPGA de niveau militaire sont couramment intégrées dans des ordinateurs embarqués robustes, des charges utiles de capteurs, des équipements de communication, des systèmes avioniques et des systèmes de mission. Les dispositifs FPGA de type « système sur puce » (SoC) peuvent combiner une logique programmable avec des cœurs de processeur, tandis que les architectures spécialisées de « système sur puce radiofréquence » (RFSoC) intègrent la conversion de données à haut débit au traitement numérique, ce qui permet de traiter d’importants flux de données à proximité du capteur tout en respectant des contraintes strictes en matière de latence, de taille, poids, la consommation électrique et les performances environnementales.
FPGA militaire, carte porteuse de Kuantek.
Le matériel FPGA militaire est particulièrement adapté au traitement en temps réel, car de nombreux calculs et chemins de données peuvent fonctionner simultanément au sein de la logique programmable. Les modules FPGA peuvent traiter les données provenant de radars, de systèmes de guerre électronique, de systèmes électro-optiques, infrarouges, acoustiques, de navigation et d’autres systèmes de capteurs, en effectuant des opérations telles que le filtrage, la canalisation, la réduction des données, la synchronisation et la fusion des données des capteurs avant que les informations ne soient transmises à des systèmes informatiques de niveau supérieur.
Les cartes FPGA peuvent traiter des flux d’images et de vidéos à large bande passante avec une latence prévisible, ce qui les rend adaptées à des applications telles que la correction, l’amélioration, la mise à l’échelle, le filtrage, la compression et la conversion de format des images. Elles peuvent également prétraiter les données provenant de capteurs électro-optiques et infrarouges pour des tâches de vision par ordinateur et d’intelligence artificielle, réduisant ainsi la quantité d’images brutes devant être transférées vers les unités centrales de traitement (CPU), les processeurs graphiques (GPU) ou tout autre matériel de traitement.
Les architectures FPGA dédiées au radar et à la guerre électronique utilisent une logique programmable hautement parallèle pour les opérations de traitement du signal nécessitant une grande puissance de calcul, ce qui permet d’exécuter simultanément plusieurs fonctions avec une faible latence. Les applications militaires des FPGA peuvent inclure la formation de faisceaux numériques, le traitement d’impulsions, les calculs de transformée de Fourier rapide, la canalisation, l’analyse du spectre, la détection de signaux, la génération de formes d’onde et le traitement de radiogoniométrie, tandis que des interfaces à haut débit permettent au matériel de traiter de grands volumes de données numérisées en radiofréquence et en fréquence intermédiaire.
Les modules FPGA destinés à la défense peuvent effectuer un traitement en bande de base et en fréquence intermédiaire pour les communications tactiques, les radios définies par logiciel, les communications par satellite et les liaisons de données. Les fonctions typiques comprennent la modulation et la démodulation, la conversion numérique vers le haut et vers le bas, le filtrage, le codage de canal, la correction d’erreurs et le traitement des paquets, tandis que la reprogrammabilité permet d’introduire des formes d’onde et des fonctions de traitement mises à jour sans remplacer l’architecture matérielle complète.
Les modules FPGA peuvent faire le pont entre différentes interfaces numériques et différents protocoles de communication au sein de systèmes électroniques militaires complexes, facilitant ainsi la connexion d’équipements existants à des architectures informatiques ou de capteurs modulaires plus récentes. La logique programmable permet de gérer des liaisons série à haut débit, Ethernet, PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express), des interfaces de capteurs, des convertisseurs de données et des bus personnalisés, tout en assurant la mise en mémoire tampon, le routage, le formatage et le contrôle de la synchronisation.
Le matériel FPGA peut fournir une synchronisation précise, un déclenchement, une synchronisation et un contrôle déterministe pour les systèmes électroniques distribués, ce qui le rend utile lorsque plusieurs capteurs ou sous-systèmes doivent fonctionner selon des séquences étroitement coordonnées. Les applications de défense comprennent la gestion de l’acquisition de données, la génération de signaux de synchronisation, la synchronisation des canaux, la coordination des capteurs et le contrôle du matériel périphérique, grâce à des chemins de synchronisation dédiés capables de fonctionner de manière indépendante et simultanée, plutôt que de dépendre entièrement de l’exécution séquentielle d’un logiciel.
Matériel FPGA, carte de traitement d’images GPU & FPGA de Futuris.
Les modules FPGA militaires sont disponibles dans plusieurs architectures adaptées à différentes charges de travail de traitement, exigences d’intégration, conditions environnementales et contraintes système.
Le choix entre ces différents types de modules FPGA dépend de la charge de travail de traitement, des exigences en matière d’interfaces, des conditions environnementales, de l’espace disponible, des limites de consommation électrique et de l’architecture du système dans son ensemble.
Les fabricants de FPGA militaires et les fournisseurs de cartes FPGA proposent du matériel de traitement dans des formats standardisés et spécifiques à certaines applications, chacun offrant différentes combinaisons de modularité, de robustesse, de densité d’E/S, de capacité de refroidissement et de compatibilité avec les architectures informatiques embarquées du secteur de la défense.
| Format | Caractéristiques principales | Intégration type |
| Cartes FPGA VPX et OpenVPX | Architecturede fond de panier renforcée prenant en charge la connectivité série haut débit et le traitement embarqué évolutif | Systèmes de radar, de guerre électronique, de calcul de mission et de traitement des données des capteurs |
| Cartes mezzanine FPGA (FMC) et modules FMC+ conformes à la norme VITA 57 | Normes de cartes mezzanine FPGA permettant d’ajouter des fonctions de conversion de données, de mise en réseau, de radiofréquence et d’autres E/S à haut débit | Systèmes modulaires de traitement FPGA et d’interface de capteurs |
| Modules FPGA de type carte mezzanine commutée (XMC) | Format mezzanine compact prenant en charge PCI Express et d’autres interfaces haut débit | Ordinateurs embarqués nécessitant une accélération FPGA ou des E/S supplémentaires |
| Cartes FPGA PCI Express (PCIe) | Cartes d’accélération ou de traitement FPGA s’interfaçant via PCI Express | Plateformes de développement, ordinateurs de mission, traitement du signal et systèmes de données à haut débit |
| Architectures COM Express et de supports embarqués | Architectures informatiques modulaires pouvant associer des modules de processeur à un support ou à du matériel complémentaire basé sur un FPGA | Systèmes intégrés de traitement et de contrôle embarqués |
| Modules FPGA personnalisés et spécifiques à une application | Cartes spécialement conçues et optimisées pour des interfaces, des encombrements mécaniques ou des exigences de traitement particuliers | Électronique de défense soumise à des contraintes d’encombrement ou hautement spécialisée |
Le choix du format est étroitement lié à la compatibilité avec le fond de panier, au refroidissement, aux E/S disponibles, à la taille du système, à la qualification environnementale et au débit de données requis par l’application.
Plusieurs avancées permettent d’accroître la densité de traitement, le niveau d’intégration et la sécurité offerts par l’ingénierie des FPGA pour les applications de défense et aérospatiales.
Conjugués, ces développements augmentent le volume de traitement radar, de communications, de données de capteurs et de données de mission pouvant être effectué au sein de modules FPGA militaires compacts, tout en conservant la reconfigurabilité qui distingue la technologie FPGA du matériel de traitement à fonctions fixes.
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