OpenVPX (VITA 65) hat erhebliche Verbesserungen der Systemgeschwindigkeit, Zuverlässigkeit, Aufrüstbarkeit, Paketierung und SWAP-C (Größe, Gewicht und Leistungskühlung*) für kritische militärische Anwendungen ermöglicht. Es bietet auch eine größere Gemeinsamkeit der Busstruktur über mehrere Boxen und sogar über Dienste hinweg.
Da die Systemdichte zugenommen hat, sind aggressivere und innovativere Wärmemanagementtechniken erforderlich. OpenVPX verfügt jetzt über mehrere Standards, die verschiedene Möglichkeiten zur Wärmeableitung innerhalb eines Systems bieten.
- 48,4, Flüssigkeitsdurchfluss (LFT), wahrscheinlich am effizientesten bis zu 450 Watt pro Karte
- 48,5, Luftdurchlass, der es ermöglicht, die Luft auf bestimmte Karten zu dosieren
- 48,7, vorbeiströmender Luftstrom
- 48,8, Luftdurchflusskühlung ohne Abdichtung für 3U- und 6U-VPX-Module mit kleinem Formfaktor, (ANSI ratifiziert im Oktober 2017)
Hier werfen wir einen genaueren Blick auf VITA 48.8, da es ermutigende Anzeichen dafür zeigt, dass es die praktischste und wahrscheinlich kostengünstigste Option wird. Es nutzt eine Luftstromkühlung und sein mechanisches Design ermöglicht Lufteinlässe an beiden Kartenrändern, während der Luftstrom gleichzeitig über die gesamte Oberseite der Platinen geleitet wird. Konduktionskühlmethoden bieten im Allgemeinen eine bessere Alternative zur Systemkühlung als die Komplexität und Infrastruktur, die für die Flüssigkeitskühlung erforderlich sind.
Verwaltung erhöhter Wärmeprofile
Bei höheren Geschwindigkeiten und kompakten Designs müssen Kundenanwendungen 50 bis 75 Prozent mehr Wärme als zuvor auf etwa gleichem Raum abführen. Die Wärmeabgabe wird weitgehend durch die Verwendung von FPGA-Nutzlasten in HPEC-Systemen (High Performance Embedded Computing) bestimmt, insbesondere in Anwendungen wie softwaredefinierten Funkgeräten und Radarsystemen.
Dies erhöht die Herausforderungen bei der Beibehaltung von Swap-C während des Entwurfsprozesses und hat die Verbreitung von VITA 48.8 als eine der Kühlstrategien der Wahl bei der Entwicklung von OpenVPX-Systemen der nächsten Generation verstärkt.
Für militärische Anwendungen, insbesondere Hubschrauber und unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs), sind die verbesserten SWAP-C-Eigenschaften von VITA 48.8 von Wert. Herkömmliche Kartenhalterungen und Ejektor-/Injektorgriffe werden durch leichte Hubschrauben ersetzt und sind dank des verbesserten Luftstromdesigns von VITA 48.8 weniger auf die Kühlung von Modul zu Gehäuse angewiesen, während gleichzeitig leichtere Verbundgehäuse verwendet werden können.
Designer können auch feste Schlitzabstände von 1,0 Zoll, 1,2 Zoll und 1,5 Zoll integrieren, die von den begrenzten 1,52 Zoll in VITA 48,5 befreit sind, um alternative Luftströmungskonfigurationen zu ermöglichen und zusätzlich zum herkömmlichen Einlass an der Oberkante einen Lufteinlass an der Kartenkante hinzuzufügen.
Da die VPX-Architektur in der Regel komplex ist, kann die Fehlerquote hoch sein, insbesondere bei einer erstmaligen Implementierung. In der Regel arbeitet ein Systemarchitekt mit Anbietern eingebetteter Karten zusammen, um die funktionalen Anforderungen des Zieldesigns zu erfüllen, und arbeitet dann mit einem Anbieter von Verpackungslösungen und einem Systemintegrator wie Elma zusammen, um den Energiebedarf zu überprüfen und die beste Kühlmethode vorzuschlagen.
[Siehe Blogbeitrag zu Wärmeerzeugungsfaktoren in OpenVPX-Systemen]
Systeme der nächsten Generation, die OpenVPX verwenden
Neue Initiativen zur Hardware-Konvergenz innerhalb der OpenVPX-Community, die vom Verteidigungsministerium (DoD) vorangetrieben werden, ermöglichen eine höhere Rechendichte, was wiederum den Bedarf an fortschrittlichen Kühlmethoden erhöht. VITA 48.8 ist zwar immer noch ein neues Tool für Konstrukteure, es wird jedoch davon ausgegangen, dass es bei Boards und Backplanes der nächsten Generation schnell an Bedeutung gewinnen wird.
Die 3U OpenVPX CMOSS-Backplane und das Entwicklungsgehäuse von Elma unterstützen diese Initiativen und bilden die Grundlage für die Entwicklung von Systemen, die im Hinblick auf Leistung, reduzierten SWAp und niedrigere Lebenszykluskosten durch schnelle Technologieeinführung optimiert sind. Die Backplane umfasst präzises radiales Netzwerk-Timing sowie Steckplatzprofile für SBCs, Switches, Radialuhren und Erweiterungen. (Abbildung 2)
Nachfolgestandards wie SOSA (Sensor Open Systems Architecture) machen auch Kühlsysteme erforderlich, die über die auf VITA 48.x basierenden Standardstandards für konduktionsgekühlte Kühlung hinausgehen.
Hitze und Dichte werden in eingebetteten Systemen weiter zunehmen, und VPX-basierte Elektronik ist nicht davor gefeit. Das Verständnis der verfügbaren Optionen zur Verwaltung des thermischen Profils und zur Einhaltung der definierten Parameter des VPX-Standards wird ein nützliches Mittel zur Entwicklung von Systemen sein, die diesen steigenden Konstruktionsdruck bewältigen können.
* Für die Zwecke dieser Diskussion bezieht sich das „C“ in Swap-C auf „Kühlung“, während in einigen Definitionen das „C“ für „Kosten“ steht.
FAQs
Da die Systemdichte und die Verarbeitungslast zunehmen, erfordern eingebettete OpenVPX-Designs aggressivere und innovativere Kühlstrategien. Herkömmliche Leitungsmethoden allein können die höhere Wärme, die von modernen FPGAs, Prozessoren und Hochgeschwindigkeitsstrukturen erzeugt wird, oft nicht abführen, ohne dass sich dies auf Systemgröße, Gewicht, Leistung oder Kühlung auswirkt (Swap-C)
VITA 48.8 ist ein ANSI-zertifizierter Standard für die Luftdurchflusskühlung, der VPX-Module mit 3U- und 6U-Formfaktor unterstützt und gleichzeitig die Abhängigkeit von der Leitungskühlung reduziert. Er ermöglicht Lufteinlässe an beiden Kartenkanten und leitet den Luftstrom über die Platinenoberfläche, wodurch die Wärmeleistung verbessert und gleichzeitig der SWAP-C-Wert gesenkt wird.
SWAP-C steht für Größe, Gewicht, Leistung und Kühlung — eine wichtige technische Kennzahl für eingebettete Systeme und Verteidigungssysteme. Thermische Standards, die die Komplexität und das Gewicht der Kühlung reduzieren, tragen dazu bei, dass Systeme strenge SWAP-C-Anforderungen erfüllen, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt sowie bei unbemannten Plattformen.
Die Wahl des richtigen Temperaturstandards trägt dazu bei, sichere Betriebstemperaturen im Gehäuse aufrechtzuerhalten und so eine Leistungsreduzierung oder einen Ausfall der Komponenten zu verhindern. Durch eine effiziente Kühlung bleibt die Leistung bei Workloads mit hoher Bandbreite erhalten und die langfristigen Wartungs- und Lebenszykluskosten werden reduziert.
Ja. Da VITA 48.8 die Abhängigkeit von der Leitungskühlung zwischen Modul und Gehäuse reduziert, ermöglicht es die Verwendung leichterer Verbundwerkstoff- oder Polymergehäusematerialien, ohne dass die thermische Leistung darunter leidet.
