היישום הצבאי במודול Com Express

שי דרורי, דנאל טכנולוגיות

בתעשייה הצבאית/אווירית של היום, חל מעבר הולך וגובר מפתרונות מותאמים אישית, למינוף של אבני בניין (מתוך מוצרי מדף אזרחיים) בפריסה של יישומים ניידים, גם במקומות בהם נדרשים ביצועים גבוהים. יישומי מחשוב ניידים כגון מחשבים ניידים, מחשבי כף יד, מחשבים בקרונות, רכבים קרביים (נגמ”ש, טנק) חייבים להיות מוקשחים מספיק כדי להתמודד עם הגורמים הסביבתיים הקשים ביותר – רחוק ממש מהסביבה להם תוכננו מלכתחילה, אך עם זאת יעילים מספיק כדי לענות על צרכי יישום עבור הספק נמוך ופיזור חום טוב.
טכנולוגיית העיבוד מתחדשת כל הזמן, בכל רגע נתון נשמע כי ישנה פריצת דרך עתידית במעבד חדש, וככל שטכנולוגיית עיבוד חדשה מגיעה לשוק, חל ריבוי של חדשנות במודולים בעלי form factor קטן יותר ויותר. מעבדים חדשים אלה מאפשרים כוח מחשוב גבוה יחד עם צריכת חשמל נמוכה; שילוב אידיאלי עבור יישומי מחשוב נייד אשר מיועדים להטמע בסביבת עבודה קשה, סביבת העבודה יכולה להיות טמפרטורות קיצוניות (חום או קור), רעידות והלמים משולבים (רכב קרבי ממונע בשטח לא סלול).
מערכות צבאיות מבוססות רשת המרימות את רף יכולת המחשוב, בשל דרישת ביצועי קלט/פלט וגרפיקה, גודל פיזי מיושן של הכרטיס, והמודולריות, כל אלו לא היו מסוגלים לתמוך בדרישות הכוח על מעבדים מרובי ליבות וכתוצאה מכך ממשקי I/O, זיכרון ווידאו מוגבלים ביכולתם.
סטנדרט ה-PICMG COM Express מסוגל להביא את יכולות האינטגרציה של I/O והגרפיקה החדישה ביותר וכן תומך בממשקים אלה באופן מקורי באמצעות מעבד/ערכת השבבים, המספקים למשתמש את היכולות לשדרג אפשרויות ביצועים על לוח המעבד וללא שימוש בכרטיסי תוספת. בנוסף, פתרונות מבוססים – COM express משולבים וקומפקטים מאוד, מספקים יכולות עיבוד בעלי ביצועים גבוהים בגודל פיזי קטן, צריכת חשמל נמוכה משמעותית, מה שהופך אותה לפלטפורמה אידיאלית עבור יישומים ניידים, גם כאלו המופעלים באמצעות סוללות.
שילוב של מודול מעבד על כרטיס נושא, נותן למתכנן יכולות גמישות רחבות יותר, ליישומים צבאיים בעלי דרישות ייחודיות ומאוד ממוקדות, עיצובו המודולרי נותן למתכנן את היכולת להשתמש במודול הנבחר למספר מגוון של יישומים שההבדל ביניהם יהיה כרטיס הנושא, המתבטא בחיסכון משמעותי בזמן פיתוח, זמן מינימום עבור TIME TO MARKET.

אז מדוע דווקא
COM Express?
היצרנים בתחום ה-OEM מציעים מזה זמן את טכנולוגיית ה-COM EXPRESS מתוך חשיבה פשוטה וברורה, ככל שמפשטים את הייצור למוצר מדף המכיל את הבסיס לכל מערכת ממוחשבת – מעבד – CHIPSET – זיכרון, יכולים הצרכנים להשתמש בכרטיסי המדף – COTS ולעצב את כרטיסי הנושא עפ”י דרישות היישום שלהם לסביבה הנדרשת ועם תכונות ייחודיות לגבי ה-I/O ועוד כמה פתרונות ייחודיים – עד כדי פיתוח יכולת עבודה בסביבה המסוגלת לתת מענה אף במקרה של פעימה אלקטרומגנטית – פתרונות ייחודיים אלו מייצרים יתרון ברור של משתמש זה או אחר כאשר יכולת עיבוד זהה מתורגמת ליישום ייחודי כזה או אחר. נוצר בידול וגמישות באחת מיכולות העיבוד, נפח הזיכרון והתקדמות הטכנולוגיה, הן בתחום העיבוד והן בגודל הפיזי של הפתרון.
בעת תכנון מערכת Small FORM FACTOR עם COM Express, ישנם מספר שיקולי עיצוב אותם יש לקחת בחשבון. אלה כוללים בחירת המעבד האופטימלי לתקציב כוח היישום, עיצוב ומתן מענה עבור טמפרטורות נרחבות ודרישות מפרט הרעידות וההלמים ולהבטיח עמידה במגוון בדיקות מחמירות (גובה, לחצים וכו’).

בחירת המעבד
בניגוד לאמונה שפתרון ההספק הנמוך ביותר הוא המועדף ביותר, מרבית הצרכנים המגיעים מהתחום הצבאי\אווירי רוצים מעבד עם הביצועים הגבוהים ביותר שהם יכולים להפעיל באופן אמין עם מסגרת ההספק המתוכנן עבור היישום שלהם. כדי להשיג את השילוב הזה, מודול מעבד COM Express חייב להיות מאומת באופן יסודי. במסגרת ה-POD ,Proof of design, נדרשים (בין שאר הדרישות); עמידה בטווח הטמפרטורות הנדרש, הגברת (Boosting) הביצועים של המעבד, אבל מעל הכל האתגר הראשוני הוא הגודל הפיזי שהמתכנן חייב לקחת בחשבון בשל אילוצי מקום והספק מחמירים. מוצרים אלה חייבים להיות מסוגלים לפעול בטווחי טמפרטורות מורחבים. טווחי הטמפרטורה ליישומים צבאיים נעים מ-46 מעלות צלסיוס מתחת לאפס ועד ל-85 מעלות מעליו. מרבית היישומים יסתפקו בעבודה בתחום ה-20 מעלות צלסיוס מתחת לאפס ועד 75 מעלות מעליו. ככל שמדובר בטווחי העבודה, הרבה מהיצרנים אינם מתייחסים באופן גלוי לטמפרטורת ההתנעה של מודול ה-COMEXPRESS – כאשר ביישומים הצבאיים מדובר ב-COLD START.
התנעתו של המודול בטמפרטורה של 46 מעלות מתחת לאפס – מורכבת הרבה יותר מעבודתו בטמפרטורה הזו. המעבדים המוכללים במודול ה-COMEXPRESS כמו גם ה-CHIPSET מוגדרים לטווחי עבודה שאינם נמוכים מ-0 מעלות צלסיוס. לכן על מהנדסי התכנון של יצרני המודולים לתת פתרון מתאים לדרישות היישום הצבאי כדי להבטיח את אמינותו של הרכיב ושל מודול ה-COM EXPRESS גם אם הנתון הידוע מראש הוא: כי הרכיב עצמו אינו עומד בטווחי הטמפרטורה הנדרשים.

טמפרטורה מורחבת ומפרט הרטט
Portwell משלבת את יכולת ההקשחה אל תוך תכנון מודולי COM Express שלה על ידי שימוש בטכניקת בדיקות (HALT) במהלך שלב תכנון. HALT משמש בשלב התכנון על מנת לגלות את הגבולות המלאים של המוצר. אסטרטגיה זו יעילה במיוחד במהלך הבדיקות כאשר אלו מורכבים משילוב של הרעדות ותנאים תרמיים בשינויים קיצוניים שבמהלכן המגבלות בפועל של התכנון וביצועי הרכיב מתגלים ונקבעים.
כאשר מתגלות נקודות כשל, אלו מתוקנים על ידי תכנון או שיפור מרכיב במודול עצמו עד אשר לא מתגלה צורך בשיפור נוסף או שבאופן מעשי השיפור מוגבל על ידי המגבלה הבסיסית של הטכנולוגיות שבבסיס המודול (המעבד, ה-CHIPSET) אבל גם מעבר לכך, HALT ממחיש את המגבלות המבצעיות האמיתית של המוצר.

מעבר לגבול עם HASS
ברגע שהתכנון קפדני ובדיקה ב-HALT קבעו את יכולות המוצר לעבודה והפעלה בטמפרטורות מורחבות לתחום הצבאי בעיקר, יש גם תהליך לניטור מתמשך של יכולת זו. ניטור זה מתבצע ע”י שימוש בטכנולוגיות הסינון HASS או בתהליכים פשוטים יותר בתלות דרישות היישום והמתכנן. ניתן להציב גבולות סינון HASS מעבר למפרט המוצר על מנת להבטיח כי המוצר שומר על שיעור הרווח התפעולי שלו. על מנת שהסינון , HASS, יהיה באמת יעיל, הוא חייב להתבצע על 100 אחוזים מהמוצר (כלומר סינון של 100% מהתוצרת).
בדרך זו,יצרני ה-OEM יכולים להבטיח שכל מוצר עונה על דרישת הטמפרטורות המורחבת ולא רק, אלא שהוא עושה זאת עם רווחיות תפעולית נוספת, על מנת להבטיח ביצועים לטווח ארוך ואמינות. על ידי העברה של רווחיות תפעולית לתכנון, יצרן ה-OEM חסין בפני חומרים ושינויים בתהליך ייצור, יכול להשיג תשואות גבוהות במהלך כל שלבי הייצור, ומספק אמינות גבוהה אל מול עלויות אחריות נמוכות..
פתרונות COM Express נועדו לספק את האיזון הנכון בין להיות מוקשח מספיק כדי להתמודד עם גורמים סביבתיים קשים ביותר, אך יעילים מספיק כדי לענות על צרכי יישום עבור הספק ופיזור חום. בנוי עם רכיבי COTS מוכחים, מודולי COM Express מאפשרים זמן מחזור מופחת ופריסה מהירה של יישומים עם ביצועים משופרים.

שי דרורי הינו אחראי על ניהול פרוייקטים בתחום ה-ComExpress