Gli chassis VPX sono robusti alloggiamenti per sistemi informatici integrati, progettati per supportare moduli ad alte prestazioni di elaborazione, rete, archiviazione, RF ed elaborazione del segnale su piattaforme del settore della difesa e aerospaziale. Basati sulle architetture VPX e OpenVPX, questi sistemi supportano computer di missione, radar, guerra elettronica, SIGINT, C4ISR, sistemi autonomi e altre applicazioni che richiedono il trasferimento di dati ad alta velocità e un funzionamento affidabile in ambienti particolarmente impegnativi.
Questa pagina presenta i produttori di chassis VPX che offrono sistemi da 3U e 6U, involucri VPX robusti, chassis di sviluppo VPX e soluzioni di backplane ad alta velocità.
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Involucri elettronici rinforzati, backplane e integrazione completa dei sistemi per applicazioni di difesa e aerospaziali
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Uno chassis VPX è l’infrastruttura meccanica, elettrica, termica e di alimentazione che ospita i moduli plug-in VPX all’interno di un sistema informatico embedded rinforzato. Fornisce il quadro fisico e strutturale che consente alle schede processore, agli switch di rete, ai moduli di archiviazione, agli acceleratori FPGA, alle interfacce RF e ad altre schede di carico utile di operare insieme come un sistema di missione unificato.
Le piattaforme militari dipendono sempre più dall’elaborazione in tempo reale dei dati provenienti da sensori, comunicazioni, navigazione, guerra elettronica (EW) e gestione delle missioni. I moderni computer di missione, i sistemi di fusione dei sensori e le architetture C4ISR richiedono infrastrutture di elaborazione in grado di gestire flussi di dati massicci, mantenendo al contempo prestazioni deterministiche e un’elevata affidabilità. Un involucro VPX rinforzato fornisce l’ambiente fisico ed elettrico necessario per sostenere questi carichi di lavoro avanzati su piattaforme terrestri, aeree, marittime, spaziali e senza equipaggio, fornendo funzioni quali la distribuzione dell’alimentazione, la gestione di carichi termici intensi, le comunicazioni seriali ad alta velocità e la protezione dei componenti elettronici sensibili da condizioni ambientali estreme.
Chassis ATR serie 716 da 3U e 6U di Atrenne
OpenVPX è stato sviluppato per standardizzare le implementazioni VPX e risolvere le iniziali sfide di interoperabilità tra diversi fornitori. Definisce profili specifici per slot, moduli, topologie di backplane e configurazioni di sviluppo che garantiscono un’integrazione di sistema prevedibile. Riducendo l’ambiguità relativa ai pin e ai protocolli, OpenVPX consente agli integratori del settore della difesa di combinare componenti commerciali pronti all’uso (COTS) provenienti da più fornitori, riducendo al minimo i rischi di integrazione.
L’evoluzione dell’ecosistema è guidata dai gruppi di lavoro della VITA (VMEbus International Trade Association), che pubblicano continuamente standard per stare al passo con la tecnologia commerciale:
Le architetture aperte sono ormai obbligatorie nelle principali strategie di approvvigionamento della difesa occidentale. Proprio come OpenVPX, SOSA (Sensor Open Systems Architecture), FACE e CMOSS definiscono i framework modulari software e hardware, l’infrastruttura fisica sottostante rende realizzabili nel mondo reale l’aggiornabilità a lungo termine e l’interoperabilità tra più fornitori.
Alloggiamento per schede
Telai in alluminio realizzati con precisione che garantiscono supporto meccanico, allineamento e fissaggio sicuro dei moduli tramite chiusure a cuneo per impieghi gravosi.
Backplane VPX
Il circuito stampato (PCB) multistrato che funge da dorsale fisica ed elettrica per le comunicazioni ad alta velocità.
Distribuzione dell’alimentazione
Barre collettrici o backplane di alimentazione per impieghi gravosi che convogliano energia pulita e condizionata a tutti i moduli installati.
Infrastruttura di raffreddamento
Ventilatori, scambiatori di calore o piastre di raffreddamento a liquido progettati per dissipare l’energia termica dai componenti ad alta potenza.
Funzioni di gestione dello chassis
Hardware dedicato che monitora lo stato di salute del sistema, i rail di alimentazione, le temperature e le condizioni di guasto.
Le capacità degli chassis VPX spaziano da piccoli alloggiamenti tattici a 3 slot, impiegati su piattaforme senza equipaggio, fino a imponenti sistemi montati su rack con oltre 20 slot, utilizzati nei centri di comando delle navi di superficie. All’interno di queste configurazioni, i sistemi sono suddivisi in slot di carico utile per l’elaborazione e l’archiviazione e in slot di commutazione, che gestiscono l’instradamento di rete centralizzato e l’aggregazione del piano dati. Questa struttura modulare consente agli integratori di rendere facilmente i sistemi a prova di futuro, lasciando slot vuoti per funzionalità future.
La scelta tra i diversi formati rappresenta principalmente un compromesso tra i limiti di SWaP e la densità di elaborazione pura:
Le operazioni di difesa sottopongono l’hardware a sollecitazioni fisiche estreme. Per prevenire cedimenti strutturali o il degrado del segnale, un involucro VPX deve presentare un’estrema resistenza agli urti e alle vibrazioni, spesso ricorrendo a robuste strutture in alluminio fresato e supporti isolanti in grado di sopportare gli impatti dei veicoli, lo sparo delle armi e profili di volo intensi.
Inoltre, i connettori ad alta velocità devono mantenere un allineamento microscopico del segnale in tali condizioni. Anche la manutenibilità è fondamentale; la meccanica dello chassis deve supportare una rapida implementazione sul campo e concetti di manutenzione a due livelli, consentendo ai tecnici di sostituire rapidamente i moduli senza attrezzi specializzati.
I moderni circuiti integrati generano un calore eccezionale. Con CPU multi-core avanzate, FPGA di fascia alta e GPU ad alto consumo energetico racchiuse in spazi ristretti, le prestazioni termiche rappresentano spesso il principale collo di bottiglia che limita le prestazioni di elaborazione in ambito tattico.
I sistemi raffreddati ad aria si basano sul flusso d’aria forzato soffiato direttamente sulla superficie dei moduli innestabili. Pur essendo economici, semplici da progettare e altamente efficienti per lo sviluppo in laboratorio, sono poco adatti ad ambienti polverosi, umidi o corrosivi poiché l’aria ambiente entra in contatto diretto con i circuiti interni. I sistemi raffreddati ad aria sono generalmente limitati a postazioni di comando climatizzate, installazioni fisse a terra o ambienti di laboratorio.
Negli ambienti militari estremi, il raffreddamento per conduzione rappresenta lo standard di riferimento. L’elettronica interna è completamente sigillata da agenti contaminanti esterni quali nebbia salina, sabbia e umidità. Il calore generato dai chip si propaga attraverso piastre metalliche di conduzione localizzate sulla scheda, si trasferisce in robusti blocchi a cuneo in alluminio e viene dissipato direttamente nelle pareti del telaio. Da lì, il calore viene irradiato o dissipato tramite le alette di raffreddamento esterne dello chassis. Questo metodo rappresenta la scelta principale per i veicoli da combattimento cingolati, i vani avionici degli aerei a reazione e i sistemi tattici senza pilota.
Quando le esigenze di elaborazione spingono la dissipazione di potenza oltre i limiti della conduzione metallica, subentra il raffreddamento a liquido. Questi sistemi sono dotati di piastre di raffreddamento a liquido interne o di canali di raffreddamento che passano direttamente attraverso le pareti dello chassis o l’infrastruttura del backplane. Grazie alla circolazione di fluidi refrigeranti specializzati o oli polialfaolefinici (PAO), le soluzioni a raffreddamento liquido sono in grado di gestire carichi termici estremi provenienti da GPU impilate o array RF. Sono comunemente integrate in navi da guerra di superficie, sistemi di combattimento sottomarini e piattaforme ISR pesanti ad ala fissa, dove sono già disponibili circuiti di raffreddamento a liquido a livello di piattaforma.
” di LCR Embedded Systems
Conforme allo standard VITA 48.7, il raffreddamento Air-Flow-Through offre un approccio ibrido intelligente. L’AFT isola la scheda elettronica sensibile all’interno di un involucro protettivo sigillato, ma convoglia l’aria di raffreddamento resistente direttamente attraverso uno scambiatore di calore interno integrato nel telaio meccanico del modulo. Ciò consente ai sistemi di sfruttare i vantaggi in termini di peso offerti dal raffreddamento ad aria senza esporre i componenti elettronici critici a detriti esterni o umidità.
Garantire un’alimentazione stabile e pulita in condizioni operative estreme è fondamentale per il successo della missione. Le soluzioni con chassis VPX utilizzano robusti stadi di conversione di potenza per ridurre le tensioni della piattaforma ai livelli standard di +12 V e +5 V previsti dagli standard OpenVPX e SOSA.
Per applicazioni critiche quali il controllo di volo, il puntamento delle armi e i computer di missione, è necessario eliminare i tempi di inattività del sistema. Gli alloggiamenti ad alta disponibilità integrano doppi alimentatori sostituibili a caldo che operano in configurazioni N+1, bus di gestione paralleli a doppia stella e slot ridondanti per switch di rete. Se un rail di alimentazione si guasta o uno slot dello switch si disconnette, il sistema esegue automaticamente il failover sulla linea di backup in pochi millisecondi senza interrompere le operazioni di missione.
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