Высокие требования, предъявляемые военными заказчиками к системам управления, обуславливают использование специальных решений при создании боевых вычислительных комплексов. В статье рассмотрены выпускаемые компанией ADLINK процессорные CompactPCI-модули с кондуктивным теплоотводом и примеры их применения в оборонных системах.
CompactPCI-системы с кондуктивным охлаждением делают возможным использование готовых встраиваемых решений для создания безвентиляторных компьютерных систем, способных работать в жёстких условиях эксплуатации наземных, морских и авиационных оборонных приложений. CompactPCI-модули с кондуктивным теплоотводом поддерживают расширенный диапазон рабочих температур, обеспечивают высокую устойчивость к воздействию вибрации и к ударным нагрузкам; значение MTBF (среднее время между отказами) у них также значительно выше, чем у аналогичных устройств с принудительным воздушным охлаждением. Утверждённые стандартом CompactPCI варианты модулей высотой 3U и 6U с кондуктивным охлаждением позволяют применять совместимые устройства различных производителей, что расширяет возможности системных интеграторов по выбору наиболее эффективного и оптимального решения, соответствующего военным стандартам.
Стандарт CompactPCI достаточно хорошо приспособлен для оборонных и аэрокосмических приложений, он нашёл широкое применение в сухопутных, морских и авиационных системах. Для того чтобы обеспечить высокую экономическую эффективность решений, разработчики и поставщики всё чаще используют модификацию стандартных коммерческих изделий (англ. Commercial Off-The-Shelf – COTS – «продукт с полки», или готовый коммерческий продукт) для создания на их основе систем, удовлетворяющих более жёстким требованиям военных спецификаций.
Имея единый базовый дизайн как для коммерческой, так и для специальной продукции, производитель в полной мере может реализовать все преимущества такого подхода:
Сначала рассмотрим вопрос: что такое кондуктивное охлаждение?
Кондуктивное охлаждение служит для отвода выделяемого компонентами электрических цепей тепла при помощи специально предназначенного для этого теплопроводящего материала. Тепло отводится посредством этого материала на корпус системы и рассеивается с его поверхности в окружающее пространство.
Обычное конвекционное охлаждение зависит от наличия воздушного потока, отводящего тепло от устройства (рис. 1а). В отсутствие воздушного потока такой способ применим только для охлаждения маломощных приборов.
Кондуктивное охлаждение способно обеспечить отвод тепла, когда невозможно организовать необходимый приток воздуха, например в герметичных корпусах или в ограниченном пространстве, когда мало либо вообще нет доступа воздуха, например как в высотных или подводных применениях. Отсутствие движущихся частей, таких как вращающиеся детали вентиляторов принудительного охлаждения, значительно повышает надёжность системы и делает её пригодной для использования в неблагоприятных условиях в критически важных приложениях. Теплопроводные материалы, используемые для охлаждения, – это, как правило, фрезерованные металлические пластины, кроме теплоотвода, они обеспечивают повышенную механическую прочность и устойчивость модулей к ударам и вибрации (рис. 1б).
Кондуктивное охлаждение в течение уже нескольких десятилетий используется для построения компьютерных систем, работающих в жёстких условиях в военной, авиационной и аэрокосмической отраслях. В настоящее время оно часто встречается на рынке COTS-решений, особенно в форм-факторе CompactPCI.
Механическая спецификация для 3U и 6U CompactPCI-систем с кондуктивным охлаждением определена в стандарте ANSI/VITA 30.1, который, в свою очередь, появился благодаря спецификации IEEE 1101.2, устанавливающей требования по охлаждению плат 6U стандарта VME. Соблюдение разработчиками требований ANSI/VITA 30.1 позволяет достичь механической совместимости CompactPCI-модулей и шасси с кондуктивным теплоотводом от различных производителей.
Основное правило стандарта ANSI/ VITA 30.1 состоит в том, что все применяемые платы могут быть установлены в стандартные CompactPCI-шасси с воздушным охлаждением. Это позволяет системным интеграторам начать разработку прототипа системы, используя коммерческие шасси с воздушным охлаждением периферийных плат, и значительно сократить время разработки. Для того чтобы сделать на CompactPCI-плате с кондуктивным теплоотводом расширение ввода-вывода, используя стандартные PCI мезонинные модули (PMC), спецификация VITA 20 устанавливает основные правила по конструкции модулей CCPMC (Conduction Cooled PMC) и соответствующих плат-носителей с кондуктивным теплоотводом. CCPMC-модули имеют уменьшенную высоту компонентов, обусловленную необходимостью прокладки требуемых для охлаждения платы-носителя тепловых и механических интерфейсов.
Для того чтобы модифицировать стандартную CompactPCI-плату в CompactPCI-модуль с кондуктивным теплосъёмом, необходимо использовать фрезерованную пластину из алюминиевого сплава, которая будет отводить тепло от компонентов, установленных на плате, к её краям, как показано на рис. 2.
Охлаждающая пластина также повышает жёсткость конструкции стандартных коммерческих модулей, сводя к минимуму деформацию платы и позволяя ей противодействовать значительным ударам и вибрации, свойственным тяжёлым условиям эксплуатации.
Охлаждающая пластина выступает в качестве радиатора для компонентов материнской платы. Внутренняя поверхность пластины обрабатывается на станках в соответствии с высотой компонентов и её местоположением на плате. Тепло распределяется к краям пластины, где через специальные клиновые запорные механизмы, фиксирующие плату внутри шасси, обеспечивается его отвод на внешнюю поверхность и рассеяние в окружающей среде. В приложениях с кондуктивным теплоотводом рабочая температура CompactPCI-модуля определяется температурой на границе клиновых зажимов и окружающих слот стенок шасси (рис. 3).
За счёт собственной массы и хороших теплопроводящих характеристик пластина эффективно понижает рабочую температуру самых горячих компонентов и создаёт сбалансированное распределение температуры, передавая тепло от более нагретых к более холодным областям платы. Кроме этого, уравнивание температуры между горячими и холодными областями снижает физические нагрузки, возникающие из-за разных коэффициентов теплового расширения компонентов и материала платы. Как следствие – повышение надёжности всего устройства и увеличение показателя MTBF.
Теплопроводящая пластина закрывает собой большинство компонентов и обеспечивает дополнительную механическую жёсткость всей платы. Снижается вероятность изгибов, увеличивается механическая устойчивость к ударам и повышенной вибрации. Благодаря надёжной конструкции клиновых зажимов к минимуму сводится возможность сдвига CompactPCI-модулей внутри корпуса.
Компания ADLINK уже давно производит CompactPCI-модули с кондуктивным теплоотводом. Сегодня это семейство устройств высотой 3U и 6U с общим обозначением CT. В качестве базовых аналогов используются отработанные и хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации процессорные CompactPCI-платы ADLINK с воздушным охлаждением. Так, для модулей высотой 3U серии СТ-31 прототипом послужила плата cPCI-3610, а для модулей серии CT-61 высотой 6U – cPCI-6510.
Все модули имеют дополнительное защитное покрытие HumiSeal 1B31 с толщиной слоя 0,03–0,08 мм, соответствующее стандартам MIL-I-46058 и IPC-CC-830, и рассчитаны на работу в расширенном диапазоне температур –40…+85°C.
В модулях CT-31 (рис. 4) используются энергоэффективные процессоры Intel семейства Atom одноядерные N450 и двухъядерные D510, чипсет ICH8M и напаянная память DDR2-667/800 объёмом до 2 Гбайт. Модули CT-31 поддерживают 32-разрядную шину PCI 33 МГц.
Особенности конструкции данных модулей не позволяют иметь на передней панели полный набор разъёмов, развитую индикацию и отсеки расширения. Как правило, все интерфейсы, необходимые для связи с периферией, реализованы через объединительную панель и расположены на разъёме J2 в зоне контактов тыльного ввода-вывода. У CT-31 это 2×GbE, VGA, USB, 2×COM, 2×SATA. Также имеется один сокет CompactFlash.
Для совместной работы с модулем в качестве расширения рекомендовано использование модулей RTM (Rear Transition Module). В паре с CT-31 может работать один из двух RTM шириной 8HP: cPCI-R3610 глубиной 50 мм или cPCI-R3610T глубиной 80 мм, которые позволяют получить порты 2×GbE, 2×COM, USB, 2×SATA и VGA.
Максимальная потребляемая мощность при 100-процентной загрузке для CT-31 с процессором N450 составляет 15,2 Вт.
CT-31 работает под управлением популярных ОС: Windows XP Professional x64, Windows 7, Fedora™ 12, Red Hat Enterprise Linux 5.3, Wind River VxWorks 6.7, 5.5.1.
Срок производства данного модуля рассчитан примерно до конца 2016 года.
Процессоры Intel Core i7 620LE с частотой 2 ГГц и 620UE с частотой 1,06 ГГц нашли свою реализацию в 6U CompactPCI-модулях с кондуктивным теплоотводом серии CT-61 (рис. 5).
В них применены чипсет Intel QM57 PCH и напаянная двухканальная память DDR3-800/1066 объёмом до 8 Гбайт. Модули CT-61 поддерживают 64-разрядную шину PCI 66 МГц и соответствуют спецификациям PICMG 2.0 CompactPCI R3.0, PICMG 2.1 Hot Swap R2.0, PICMG 2.9 System Management R1.0, PICMG 2.16 Packet Switching Backplane R1.0. Ориентировочно они будут выпускаться до 2018 года.
В числе преимуществ модулей CT-61 можно назвать реализованные технологии компании Intel: Hyper-Threading (функция многопоточности) и Turbo Boost (увеличение частоты), позволяющие получить впечатляющий прирост производительности и быстродействия.
Широкий набор интерфейсов: 2×GbE, 2×RS-232, 3×SATA, 6×USB, PCI Express x4, High Definition Audio, 5×GPIO, TMDS, RGB, LVDS, 2×PIM, KB/MS, а также два отсека для PMC/ XMC и возможности расширения при помощи шести рекомендуемых RTM позволяют CT-61 стать мощной платформой для создания высокопроизводительных систем.
CT-61 работает под управлением OC Windows XP Professional SP3, Windows 7, WindowsVista Enterprise, Fedora™ 12, Wind River VxWorks 6.8. По специальному заказу возможна разработка драйверов и для других OC.
Системы с кондуктивным охлаждением позволяют электронному оборудованию работать в герметичных корпусах, в ограниченном пространстве, практически без доступа воздуха, обеспечивая таким образом защиту от воздействия вредной окружающей среды. Примером решения для таких систем является ATR (англ. Air Transport Rack – корпуса для воздушного транспорта) – форм-фактор корпусов, ставший де-факто стандартом для электронного оборудования в авиации более половины десятилетия назад. Изделия ATR доступны сегодня в широком диапазоне размеров, и многие COTS ATR-шасси с кондуктивным охлаждением, присутствующие на рынке, представляют собой не что иное, как 3U и 6U CompactPCI-системы.
Компания ADLINK не производит собственных шасси с кондуктивным охлаждением, однако наличие у неё такого стратегического партнёра, как фирма ELMA (производитель конструктивов Евромеханики), делает применение CompactPCI-модулей ADLINK ещё более востребованным. Российский заказчик может рассчитывать на получение решений не только на уровне модуля, но и полностью готовых систем, созданных по его ТЗ и соответствующих самым жёстким требованиям военных стандартов.
Одним из вариантов оборонных применений, использующим преимущества кондуктивного охлаждения, служит изображённый на рис. 6 подводный эхолот (сонар), буксируемый морским судном.
Гидроакустический комплекс применяется для обнаружения субмарин и других подводных объектов. Он состоит из передатчика/приёмника сигналов акустических датчиков и основного приёмопередатчика и управляется процессорным 3U CompactPCI-модулем с кондуктивным охлаждением ADLINK CT-31. Процессорный модуль и используемые COTS периферийные платы сбора данных и обработки сигналов размещаются в специальном полностью герметичном корпусе внутри блока основного трансивера. В данном приложении CT-31 обеспечивает требуемую для управления системы вычислительную мощность, необходимую компактность и надёжную работу в ограниченном пространстве. Используемые COTS-технологии, кроме высокой производительности, позволили в кратчайшие сроки получить готовое решение, удовлетворяющее жёстким требованиям спецификации морского назначения, при гораздо меньших затратах, чем это потребовалось бы при разработке специализированной системы.
Радиолокационные системы играют решающую роль в современной противовоздушной обороне. Они своевременно предоставляют исключительно важные данные о противнике и его действиях. Для обеспечения эффективной защиты от различных видов нападения лёгкой передвижной зенитной установке требуется высокопроизводительная компьютерная система, позволяющая с высокой степенью вероятности осуществлять автоматическое распознавание целей и сопровождать действия оператора по принятию им правильного решения.
Подобная система в герметичном ATR-корпусе, установленная в ограниченном пространстве боевого отделения передвижной зенитно-ракетной установки, создана на базе 6U CompactPCI-модуля с кондуктивным теплоотводом ADLINK CT-61 (рис. 7).
Бортовая вычислительная система, управляемая мощным процессором Intel Core i7, позволяет радиолокационной станции выполнять боевую задачу с высокой скоростью и точностью.
CompactPCI-системы с кондуктивным теплоотводом хорошо адаптируются для использования в наземном, морском и авиационном оборудовании военного назначения. Изделия с кондуктивным охлаждением отвечают особым требованиям оборонных приложений:
Автор – сотрудник фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru
Однофазные источники бесперебойного питания Systeme Electric
Почти все современные сферы промышленности, IT-инфраструктура, а также любые ответственные задачи и проекты предъявляют повышенные требования к питающей сети – электропитание должно быть надёжным, стабилизированным и обеспечивать бесперебойную работу. В данной статье мы рассмотрим решения по однофазному бесперебойному питанию от российской компании Systeme Electric. 28.12.2023 СТА №1/2024 1072 0 0Однопроводный канал телеметрии по PLC
В статье рассматриваются методы реализации однопроводных каналов передачи данных по силовым электросетям в жилых зданиях, загородных и промышленных помещениях. В качестве информационного провода предлагается использовать проводник «нейтраль» электропроводки. Приводятся анализ возможных конфигураций каналов передачи данных этого типа и результаты экспериментальных проверок. Рассматриваются преимущества новых методов по сравнению с традиционными PLC и области возможного применения данной технологии. 28.12.2023 СТА №1/2024 1187 0 0BioSmart Quasar 7 — мал да удал
Компания BIOSMART в пандемийном 2020 году весьма своевременно представила свой первый лицевой терминал Quasar (рис. 1) с диагональю экрана 10 дюймов. Уже в следующем, 2021 году был представлен бесконтактный сканер рисунка вен ладони PALMJET (рис. 2). Ну а в текущем 2023 году компания представила новую уменьшенную модель лицевого терминала Quasar 7 (рис. 3), который смог в компактном корпусе объединить обе передовые технологии бесконтактной биометрической идентификации. 28.12.2023 СТА №1/2024 1101 0 0Открытые сетевые платформы — когда сети и вычисления в одном устройстве
Открытая сетевая платформа (ONP) – это мощное средство для реализации как простых, так и масштабных сетей, а также инструмент, который позволяет в одном высокопроизводительном устройстве реализовать целый вычислительный комплекс, объединяющий внутри себя коммутаторы, маршрутизаторы, межсетевые экраны, а также сам сервер обработки данных. Используя все преимущества данной архитектуры, компания AAEON разработала своё решение, сетевую платформу FWS-8600, на базе высокопроизводительных процессоров Intel Xeon Scalable 2-го поколения. В статье раскрыты детали и особенности ONP, характеристики FWS-8600, а также почему использование процессоров Intel Xeon Scalable 2-го поколения значительно увеличивает потенциал платформы. 28.12.2023 СТА №1/2024 1388 0 0