Le schede embedded sono piattaforme informatiche compatte che forniscono funzioni di elaborazione, controllo, connettività di rete e gestione dei dati all’interno dei sistemi elettronici dei settori della difesa e dell’aerospaziale. Le architetture comprendono computer a scheda singola, moduli VPX e OpenVPX, schede VME e CompactPCI, progetti di tipo “computer-on-module”, moduli FPGA e piattaforme di elaborazione basate su GPU.
Questa pagina presenta i produttori di schede embedded che supportano sistemi informatici per missioni operative, ISR, radar, guerra elettronica, avionica e sistemi marittimi.
Leggi il Panoramica tecnologica
Moduli I/O video e di calcolo ad alte prestazioni rinforzati: 6U e 3U VPX e XMC per applicazioni di difesa
Elettronica robusta per l'elaborazione delle immagini e per applicazioni mission-critical nei sistemi di difesa
Elettronica militare e per la difesa avanzata, elettroottica, termografia, FPGA, sistemi embedded, IoT industriale e soluzioni per l'energia intelligente
Potente elaborazione video edge e soluzioni di difesa basate sull'intelligenza artificiale
Display rinforzati per applicazioni mission-critical, sistemi informatici integrati ed elettronica per sistemi di difesa
Componenti hardware elettronici all'avanguardia conformi alla NDAA per piattaforme critiche di droni e robotica. Prodotti negli Stati Uniti.
Grafica video ad alte prestazioni, GPGPU, elaborazione AI/ML e soluzioni di visualizzazione per ambienti mission-critical
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Le schede embedded forniscono le funzioni di elaborazione, controllo, connettività di rete e gestione dei dati che costituiscono il cuore di molti sistemi elettronici per la difesa. A seconda dell’architettura, una scheda computerizzata embedded può combinare processori, memoria, dispositivi di archiviazione, interfacce ad alta velocità e acceleratori specializzati all’interno di un modulo compatto progettato per l’integrazione in una piattaforma più ampia.
Le applicazioni militari richiedono spesso prestazioni di calcolo superiori a quelle dei sistemi commerciali. Una scheda informatica integrata robusta può dover funzionare in presenza di vibrazioni, temperature estreme, interferenze elettromagnetiche, condizioni di raffreddamento limitate e cicli di vita dei programmi prolungati. Il fattore di forma, l’architettura di elaborazione, le interfacce I/O, la progettazione ambientale, la sicurezza informatica, il supporto per l’intero ciclo di vita e l’interoperabilità influenzano pertanto le modalità di selezione delle schede informatiche integrate.
Scheda di elaborazione immagini con GPU e FPGA di Futuris Electronic
Un computer a scheda singola integra in un unico circuito stampato (PCB) le principali funzioni di elaborazione necessarie per il funzionamento di un sistema embedded. Una scheda SBC embedded può includere una CPU, memoria di sistema, interfacce di archiviazione, connettività di rete, grafica e I/O periferici, rendendola adatta per computer di missione, elettronica di bordo, sistemi di controllo e nodi di elaborazione distribuita.
Le schede VPX utilizzano robusti formati di moduli plug-in da 3U o 6U con fabric seriali ad alta velocità e connettività backplane. OpenVPX applica profili definiti per slot, moduli, backplane e interconnessioni che migliorano l’interoperabilità all’interno di architetture di sistema modulari. Una scheda VPX integrata è adatta ad architetture di elaborazione modulari ad alte prestazioni in cui sono importanti la larghezza di banda, il raffreddamento, la scalabilità e l’inserimento tecnologico.
Le schede VME utilizzano un’architettura a bus parallelo introdotta prima dei più recenti standard basati su fabric commutato. Esse mantengono la loro rilevanza laddove le piattaforme militari esistenti dipendono dall’infrastruttura VME, dal software e dalle interfacce I/O già installati. Le schede CPU embedded di nuova generazione possono inoltre supportare programmi di aggiornamento dei sistemi legacy nei casi in cui la sostituzione dell’intera architettura di elaborazione risulti poco pratica o causi interruzioni non necessarie.
CompactPCI applica la meccanica modulare Eurocard e la connettività basata su PCI all’informatica embedded, mentre CompactPCI Serial utilizza interfacce seriali ad alta velocità quali PCI Express ed Ethernet attraverso il backplane. Queste schede per computer embedded sono in grado di supportare sistemi di difesa che traggono vantaggio dall’espansione modulare, da interfacce backplane definite e da un approccio strutturato all’integrazione di schede di elaborazione, di rete, di archiviazione e periferiche.
Le architetture Computer-on-Module collocano l’elaborazione centrale, la memoria e le interfacce standard su un modulo sostituibile che si collega a un carrier specifico per l’applicazione. Questo approccio separa la tecnologia del processore dall’I/O della piattaforma, consentendo ai progettisti di personalizzare il carrier pur mantenendo un percorso più gestibile per gli aggiornamenti del processore, i rinnovamenti tecnologici e i cambiamenti nel ciclo di vita.
Condor NVB500xX, scheda grafica XMC rinforzata e GPGPU, di EIZO Rugged Solution
I moduli mezzanine XMC aggiungono funzionalità di elaborazione specializzate o di I/O a una scheda host tramite interfacce compatte e ad alta velocità, mentre le schede carrier forniscono le connessioni host e il supporto fisico necessari per integrare tali moduli in un sistema più ampio. I moduli XMC sono in grado di fornire funzioni FPGA, di rete, di archiviazione, grafiche o di acquisizione dati senza richiedere una scheda di dimensioni standard per ciascuna funzionalità, contribuendo così ad aumentare la densità funzionale all’interno di sistemi embedded con spazio limitato.
Una scheda FPGA embedded utilizza la logica programmabile per un’elaborazione dei dati altamente parallela e deterministica. Gli FPGA sono particolarmente utili laddove i flussi provenienti dai sensori devono essere filtrati, trasformati, raggruppati in pacchetti o analizzati con una latenza prevedibile, ad esempio nei sistemi radar, di guerra elettronica, di comunicazione e di imaging. Possono inoltre implementare interfacce personalizzate e funzioni di pre-elaborazione in prossimità della fonte dei dati.
Una scheda GPU integrata fornisce risorse di elaborazione parallela per carichi di lavoro grafici e di calcolo generico, dove il termine GPGPU si riferisce all’utilizzo delle risorse della GPU per calcoli non grafici. Le applicazioni nel settore della difesa possono utilizzare le GPU per l’elaborazione delle immagini, la fusione dei sensori, la visione artificiale, l’inferenza AI e la visualizzazione. L’integrazione richiede un bilanciamento tra il throughput di calcolo e i requisiti relativi a potenza elettrica, dissipazione termica, dimensioni fisiche, larghezza di banda della memoria e movimentazione dei dati.
Le schede con processori integrati basate su architetture x86 supportano carichi di lavoro intensivi dal punto di vista software che traggono vantaggio da sistemi operativi maturi, strumenti di sviluppo, opzioni di virtualizzazione e un’ampia compatibilità applicativa. Sono comunemente prese in considerazione per l’elaborazione di dati mission-critical, le funzioni di comando e controllo, l’elaborazione dei dati e le interfacce uomo-macchina, dove le prestazioni generiche e la portabilità del software rappresentano priorità.
Le schede embedded basate su Arm sono in grado di fornire elevate prestazioni di elaborazione entro limiti di consumo energetico ristretti. Vengono impiegate in applicazioni di controllo, comunicazione, autonomia ed elaborazione edge. La loro idoneità dipende dal supporto software, dalle interfacce richieste, dal comportamento in tempo reale, dall’integrazione di acceleratori, dalle funzionalità di sicurezza e dai limiti elettrici e termici della piattaforma host.
I computer di missione integrano i dati provenienti da sensori, apparecchiature di comunicazione, sistemi di navigazione e interfacce operatore. Le schede di elaborazione embedded nelle architetture ISR possono eseguire l’acquisizione dei dati dai sensori, la fusione dei dati, l’elaborazione delle immagini, la registrazione e la distribuzione in rete, operando nel rispetto di rigidi limiti di piattaforma relativi a spazio, potenza, raffreddamento, larghezza di banda e latenza.
I sistemiradar e di guerra elettronica generano flussi di dati ingenti e continui che richiedono un trasferimento e un’elaborazione rapidi. Le schede FPGA, GPU e con processori multicore possono ripartire i carichi di lavoro – quali l’elaborazione dei segnali digitali, il beamforming, il rilevamento, la classificazione e la riduzione dei dati – tra risorse di calcolo specializzate in base ai requisiti di latenza, throughput e determinismo.
Gli aeromobili e i veicoli aerei senza pilota utilizzano schede integrate per l’elaborazione delle missioni, il controllo del carico utile, la navigazione, le comunicazioni e l’autonomia. I progetti per applicazioni aeree pongono particolare enfasi sul peso ridotto, sulla gestione termica efficiente, sulle interfacce deterministiche, sulla resilienza ambientale e su un’attenta gestione del consumo energetico, specialmente su piattaforme più piccole con capacità di raffreddamento limitata.
Le piattaforme terrestri utilizzano schede informatiche integrate per la percezione, la navigazione, le comunicazioni, la consapevolezza situazionale e la gestione del carico utile. La robustezza deve tenere conto degli urti, delle vibrazioni, della polvere, della temperatura e delle condizioni elettriche a cui è sottoposto il veicolo, mantenendo al contempo una capacità di elaborazione sufficiente per la fusione dei dati dei sensori in tempo reale e per il funzionamento autonomo o assistito.
Le imbarcazioni di superficie e le piattaforme subacquee utilizzano sistemi di elaborazione integrati per il sonar, la navigazione, il monitoraggio dei macchinari, le comunicazioni, il controllo del carico utile e l’autonomia. La scelta delle schede deve tenere conto del design dell’involucro, del raffreddamento, delle vibrazioni, della protezione dall’umidità, dei rischi di corrosione, del funzionamento a lungo termine e delle elevate velocità di trasmissione dati associate ai sensori acustici e ad altri sensori marittimi.
I requisiti di qualificazione applicabili dipendono dalla scheda embedded, dall’involucro, dalla piattaforma host, dall’ambiente di destinazione e dalle specifiche di appalto. La qualificazione viene spesso eseguita a livello di apparecchiatura o di sistema, anziché considerare la scheda interna come un componente qualificato in modo indipendente. Tra gli standard e le architetture comunemente citati figurano:
Tali standard non sostituiscono la progettazione specifica per la piattaforma. La qualificazione deve riflettere le effettive condizioni meccaniche, elettriche, termiche, elettromagnetiche e dell’ambiente operativo del sistema completo, unitamente ai requisiti applicabili in materia di affidabilità e ciclo di vita.
Diverse direzioni tecnologiche stanno influenzando la prossima generazione di sistemi di elaborazione embedded rinforzati:
Per i produttori di schede embedded e gli integratori di sistemi, questi sviluppi rafforzano la necessità di valutare le prestazioni insieme a robustzza, interoperabilità, raffreddamento, sicurezza informatica, garanzia della catena di approvvigionamento, supporto per l’intero ciclo di vita e strategia di aggiornamento.
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