Os chassis VPX são caixas de computação incorporadas robustas, concebidas para suportar módulos de processamento de alto desempenho, redes, armazenamento, RF e processamento de sinais em plataformas dos setores da defesa e aeroespacial. Construídos com base nas arquiteturas VPX e OpenVPX, estes sistemas suportam computadores de missão, radares, guerra eletrónica, SIGINT, C4ISR, sistemas autónomos e outras aplicações que exigem transferência de dados a alta velocidade e um funcionamento fiável em ambientes exigentes.
Esta página apresenta fabricantes de chassis VPX que oferecem sistemas de 3U e 6U, caixas VPX robustas, chassis de desenvolvimento VPX e soluções de backplane de alta velocidade.
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Gabinetes eletrônicos robustos, backplanes e integração completa de sistemas para aplicações de defesa e aeroespaciais
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Um chassis VPX é a infraestrutura mecânica, elétrica, térmica e de alimentação que aloja módulos plug-in VPX no interior de um sistema informático incorporado robusto. Proporciona a estrutura física e estrutural que permite que placas de processador, comutadores de rede, módulos de armazenamento, aceleradores FPGA, interfaces de RF e outras placas de carga útil funcionem em conjunto como um sistema de missão unificado.
As plataformas militares dependem cada vez mais do processamento em tempo real de dados de sensores, comunicações, navegação, guerra eletrónica (EW) e gestão de missões. Os computadores de missão modernos, os sistemas de fusão de sensores e as arquiteturas C4ISR requerem infraestruturas de processamento capazes de lidar com fluxos massivos de dados, mantendo simultaneamente um desempenho determinístico e elevada fiabilidade. Um invólucro VPX robusto proporciona o ambiente físico e elétrico necessário para suportar estas cargas de trabalho avançadas em plataformas terrestres, aéreas, marítimas, espaciais e não tripuladas, oferecendo funções como a distribuição de energia, a gestão de cargas térmicas intensas, comunicações seriais de alta velocidade e a proteção de componentes eletrónicos sensíveis contra condições ambientais extremas.
Chassis ATR da série 716, de 3U e 6U, da Atrenne
O OpenVPX foi desenvolvido para padronizar as implementações VPX e resolver os desafios iniciais de interoperabilidade entre diferentes fornecedores. Define perfis específicos de ranhuras, perfis de módulos, topologias de backplane e configurações de desenvolvimento que garantem uma integração previsível do sistema. Ao reduzir a ambiguidade nos pinos e nos protocolos, o OpenVPX permite que os integradores do setor da defesa combinem componentes comerciais prontos a utilizar (COTS) de vários fornecedores, minimizando drasticamente o risco de integração.
A evolução do ecossistema é impulsionada pelos grupos de trabalho da VITA (VMEbus International Trade Association), que publicam continuamente normas para acompanhar o ritmo da tecnologia comercial:
As arquiteturas abertas são agora obrigatórias em todas as principais estratégias de aquisição de defesa ocidentais. Tal como o OpenVPX, a SOSA (Sensor Open Systems Architecture), a FACE e a CMOSS definem as estruturas modulares de software e hardware, a infraestrutura física subjacente torna possível, no mundo real, a atualizabilidade a longo prazo e a interoperabilidade entre vários fornecedores.
Gaiola de placas
Estruturas de alumínio concebidas com precisão que proporcionam suporte mecânico, alinhamento e retenção segura dos módulos através de fechos de cunha de alta resistência.
Backplane VPX
A placa de circuito impresso (PCB) multicamadas que funciona como a espinha dorsal das comunicações físicas e elétricas de alta velocidade.
Distribuição de energia
Barras coletoras de alta resistência ou backplanes de alimentação que distribuem energia condicionada e limpa a todos os módulos instalados.
Infraestrutura de refrigeração
Ventiladores, permutadores de calor ou placas de refrigeração líquidas concebidos para dissipar a energia térmica dos componentes de alta potência.
Funções de gestão do chassis
Hardware dedicado que monitoriza o estado do sistema, as linhas de alimentação, as temperaturas e as condições de avaria.
As capacidades dos chassis VPX variam desde pequenos invólucros táticos de 3 slots, implantados em plataformas não tripuladas, até sistemas massivos montados em rack com mais de 20 slots, utilizados em centros de comando de navios de superfície. Dentro destas configurações, os sistemas são segmentados em ranhuras de carga útil para processamento e armazenamento e em ranhuras de comutação, que tratam do encaminhamento centralizado da rede e da agregação do plano de dados. Esta disposição modular permite aos integradores preparar facilmente os sistemas para o futuro, reservando ranhuras vazias para capacidades futuras.
A escolha entre formatos de chassi consiste, essencialmente, num compromisso entre as limitações de SWaP e a densidade de processamento bruta:
As implantações no setor da defesa sujeitam o hardware a um desgaste físico extremo. Para evitar falhas estruturais ou degradação do sinal, um invólucro VPX deve apresentar resistência extrema a choques e vibrações, recorrendo frequentemente a estruturas robustas em alumínio fresado e suportes de isolamento para suportar impactos de veículos, disparos de armas e perfis de voo intensos.
Além disso, os conectores de alta velocidade devem manter o alinhamento microscópico do sinal nestas condições. A facilidade de manutenção é igualmente fundamental; a mecânica do chassis deve permitir uma rápida implantação no terreno e conceitos de manutenção em dois níveis, permitindo que os técnicos substituam módulos rapidamente sem necessidade de ferramentas especializadas.
O silício moderno gera um calor excepcional. Com CPUs multi-core avançadas, FPGAs de gama alta e GPUs com elevado consumo energético concentradas em espaços reduzidos, o desempenho térmico é frequentemente o principal estrangulamento que limita o desempenho de processamento na periferia tática.
Os sistemas arrefecidos a ar dependem de ar forçado soprado diretamente sobre a superfície dos módulos encaixáveis. Embora sejam económicos, simples de conceber e altamente eficientes para o desenvolvimento em bancada, são pouco adequados para ambientes empoeirados, húmidos ou corrosivos, uma vez que o ar ambiente entra em contacto direto com os circuitos internos. Os sistemas refrigerados a ar estão geralmente restritos a abrigos de comando com ar condicionado, instalações terrestres fixas ou ambientes laboratoriais.
Em ambientes militares adversos, o arrefecimento por condução é o padrão de excelência. Os componentes eletrónicos internos estão completamente isolados de contaminantes externos, como névoa salina, areia e humidade. O calor gerado pelos chips passa através de placas metálicas de condução localizadas na placa, desloca-se para pesadas travas em forma de cunha de alumínio e dissipa-se diretamente nas paredes da estrutura do chassis. A partir daí, o calor é irradiado ou dissipado através de aletas de arrefecimento externas do chassis. Este método é a escolha principal para veículos de combate sobre lagartas, compartimentos de aviónica de aviões a jato e sistemas táticos não tripulados.
Quando as exigências de processamento levam a dissipação de potência para além dos limites da condução metálica, o arrefecimento líquido assume o controlo. Estes sistemas incluem placas de arrefecimento líquidas internas ou canais de arrefecimento encaminhados diretamente através das paredes do chassis ou da infraestrutura do backplane. Através da circulação de fluidos de arrefecimento especializados ou óleos de polialfaolefina (PAO), as soluções de arrefecimento líquido conseguem lidar com cargas térmicas extremas provenientes de matrizes empilhadas de GPU ou RF. São habitualmente integradas em navios de superfície, sistemas de combate submarinos e plataformas ISR pesadas de asa fixa, onde já existem circuitos de líquido ao nível da plataforma.
RMC3-160 3U VPX da LCR Embedded Systems
Regido pela norma VITA 48.7, o arrefecimento por fluxo de ar através oferece uma abordagem híbrida inteligente. O AFT isola a placa de circuito sensível no interior de uma estrutura protetora selada, mas encaminha ar de refrigeração resistente diretamente através de um permutador de calor interno integrado na estrutura mecânica do módulo. Isto permite que os sistemas tirem partido das vantagens em termos de peso da refrigeração a ar, sem expor os componentes eletrónicos críticos a detritos externos ou humidade.
Garantir uma alimentação estável e limpa em condições operacionais extremas é crucial para o sucesso da missão. As soluções de chassis VPX utilizam estágios robustos de conversão de energia para reduzir as tensões da plataforma para os níveis padrão de +12 V e +5 V exigidos pelas normas OpenVPX e SOSA.
Para aplicações críticas, tais como controlo de voo, orientação de armas e computadores de missão, o tempo de inatividade do sistema deve ser eliminado. Os invólucros de alta disponibilidade integram fontes de alimentação duplas e substituíveis a quente, que operam em configurações N+1, barramentos de gestão duplos em estrela paralelos e ranhuras redundantes para comutadores de rede. Se um trilho de alimentação falhar ou uma ranhura de comutador ficar offline, o sistema muda automaticamente para a linha de reserva em milésimos de segundo, sem interromper as operações da missão.
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