軍事、航空宇宙、政府機関のアプリケーション向け FPGA ソリューション
最先端のハイパフォーマンス FPGA が、軍事、航空宇宙、政府機関 (MAG) アプリケーションの将来をサポートする柔軟性、パフォーマンス、生産性を提供する方法について説明します。
ハイパフォーマンス FPGA による次世代ソリューションの推進
ハイパフォーマンス FPGA (フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ) は、軍事テクノロジーの進化において重要な役割を果たすようになり、防衛用途で比類のない性能を提供します。軍事活動がリアルタイムのデータ処理、安全な通信、高度な信号処理への依存度を高めている中で、FPGA は、柔軟で高性能かつ長期のライフサイクルを提供しています。このような汎用的な半導体コンポーネントは、進化するニーズに合わせて再構成できます。これにより、新たな脅威や複雑なシナリオへの迅速な適応が可能になります。高速演算処理能力と多様なシステムとの統合機能を備えたハイパフォーマンス FPGA は、運用効率の向上、堅牢なセキュリティーの確保、次世代の軍事テクノロジーのサポートにおいて、最前線を担っています。
MAG アプリケーションで FPGA を使用するメリット
リアルタイムの適応性
FPGA は、導入後も再プログラムが可能なため、軍事および防衛システムは、変化する運用要件、新たな脅威、新しいプロトコルに迅速に対応することができます。この柔軟性は、ハードウェアの交換を必要としません。
卓越したハードウェア・レベルのセキュリティー
FPGA は、暗号化機能と改ざん防止機能が内蔵されているため、軍事、政府機関、航空宇宙分野のアプリケーションで機密データと機密情報を保護する、非常に安全な選択肢となります。その柔軟性により、カスタム・セキュリティー・プロトコルの実装が可能になり、進化するサイバー脅威に対する保護が確保されます。
パフォーマンスと電力効率
FPGA は、レーダー処理、通信暗号化、信号インテリジェンスなどの高帯域幅で演算負荷の高いタスクを低消費電力を維持しながら処理できます。この電力効率とハイパフォーマンスのバランスは、エネルギー資源が限られていることが多く、ミッションの長期寿命が重要となる航空宇宙および防衛システムにおいて特に有益です。
システムの長期寿命と柔軟性
FPGA は、ハードウェア全体の交換を必要とせずに再プログラムおよびアップグレードが可能なため、長期的な軍事および防衛用途でコスト効率が高くなります。その汎用性により、防衛システムがテクノロジーの進歩とミッションの要件に合わせて進化できるほか、ハードウェアの陳腐化の頻度とコストを削減できます。
レーダーと電子戦
レーダーと電子戦 (EW) システムに FPGA を統合することで、比類のないパフォーマンス、適応性、リアルタイムの処理、拡張性を提供します。これらの機能により、システムは、増加するデータ需要に対応し、電子的な脅威に正確に対応し、要求の厳しい環境下でも信頼性を確保できます。
レーダー・テクノロジーは、防衛、監視、航行に不可欠ですが、増加するデータ需要、適応性の要件、環境上の課題により、システムデザインが限界に達しています。
FPGA は、高速データ・コンバーター、高度な信号処理ブロック、拡張性の高いリソースをコンパクトで効率的なパッケージに統合することで、比類のないパフォーマンスをもたらします。ある顧客は、Altera の Agilex™ 9 ダイレクト RF FPGA と SoC を使用することで、「冷蔵庫サイズの機器をルービックキューブのサイズに縮小できた」と語っています。これらの機能により、レーダーシステムは要求の厳しい環境でも信頼性を維持しながら、増加する帯域幅の要件に対応し、デジタル・ビームフォーミングを実行して複数の標的をリアルタイムで追跡することができます。
長期的な耐久性を考慮して設計された FPGA は、進化するミッションのニーズにシームレスに適応し、レーダーシステムが堅牢かつ効率的であること、将来に対応できることを保証します。
電子戦 (EW) は、現代の防衛の中核であり、増加する電子的な脅威の複雑さに対処するには、迅速な適応性と精度が必要です。高帯域幅の需要、周波数の俊敏性、超低レイテンシーは、効果的な EW システムを開発する上で設計者が直面する主な課題の一部です。
FPGA が提供する比類のない柔軟性とパフォーマンスにより、EW システムは高帯域幅の管理、周波数範囲全般に及ぶ適応性、脅威へのリアルタイムの対応が可能になります。高度な信号処理と再構成可能なリソースをコンパクトで効率的なデザインに統合することで、FPGA は、リアルタイムの応答性に不可欠な適応性と速度を実現しています。
ダイレクト RF シリーズ FPGA 評価プラットフォームのデモ
ダイレクト RF シリーズ FPGA 評価プラットフォームについての知識を深め、市場の概要を把握しましょう。また、このデモではプラットフォームを使用して 3 つの RF パフォーマンス (ADC ノイズスペクトル密度、ADC スプリアス・フリーダイナミック・レンジ、および DAC 相互変調歪み) を表示します。
ツール | |
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Quartus® Prime 開発ソフトウェア・スイート | ハードウェア開発者とシステム設計者向け Altera® FPGA、CPLD、SoC FPGA 向けのデザインのすべての段階に対応する開発ツールの包括的なスイート。 |
ダイレクト RF デザインスイート | Agilex™ 9 FPGA と SoC ダイレクト RF 開発プラットフォームに特化した開発ツールとデザイン例。詳細については、Altera 販売部門にお問い合わせください。 |
DSP Builder | 信号処理アーキテクチャーの作成を簡素化し、FPGA デザインのワークフローを高速化します。 |
目標の分類や最適化などの高度なレーダー機能向けのマシンラーニング・ツールを提供します。 |
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FPGA 向けに最適化された浮動小数点演算を提供し、高度なレーダーと EW アプリケーション向けの精密な演算を可能にします。 |
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整数演算と浮動小数点演算の両方をサポートし、さまざまなレーダーと AI アプリケーションに柔軟に対応できます。その他の Altera® FPGA ファミリーについては、デバイスの概要とデータシートの可変精度 DSP ブロックのセクションを参照してください。 |
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ダイレクト RF のデザイン例とデモのページは、迅速なデザインプロセスの開始に役立ちます。 |
安全な通信
安全な通信システムの FPGA は、安全なデータ処理、堅牢な暗号化、独立したタスク処理を実現し、過酷な環境下での信頼性を確保しながら、ミッションクリティカルな防衛アプリケーションの将来を形作ります。
安全な通信には、厳格な SWaP (サイズ、重量、電力) の制約下での適応性、信頼性、効率性が求められます。これらの要求に対応するために、FPGA は、ソフトウェア・デファインドの波形、高度な信号処理、低レイテンシーのマルチチャネル・データ処理を可能にしています。
厳格な論理分離により、暗号化されたデータと暗号化されていないデータの保護が確保されます。また、暗号ブロックや鍵管理サブシステムなどの強化された暗号化サービスは、安全な暗号化、認証、軍事基準への準拠をもたらします。
複数のプロセッサーを搭載した FPGA は、コンパクトで効率的なデザインにより、独立したタスク操作を可能にし、SWaP の負担を軽減します。改ざん防止機能と過酷な条件下での回復力を備え、信頼性の高いパフォーマンスを実現し、UAV、海軍システム、その他のミッションクリティカルなアプリケーションに欠かせないものとなっています。
その他
- デザインの分離 (デザイン例)
- Altera のセキュリティー方法論に準拠するユーザーガイド (RDC ID# 724441)。本文書へのアクセスには、秘密保持契約 (NDA) が必要です。この文書やその他の機密のセキュリティー関連の文書にアクセスするには、Altera の販売部門にお問い合わせください。
航空宇宙と航空電子工学
航空電子工学における FPGA は、正確で信頼性の高いパフォーマンスを確保し、リアルタイムのセンサーデータ処理、適応型の飛行制御、DO-254 などの安全基準への準拠をサポートします。
安全性と精度が極めて重要となる航空宇宙と航空電子工学において、FPGA は比類のない信頼性、効率性、適応性を実現します。航空電子工学システムでのリアルタイムのセンサーデータ処理など、安全上重要な機能に冗長性のある独立した処理経路をサポートすることで、DO-254 などの厳格な安全基準への準拠を可能にします。
電力効率に最適化された FPGA は、コンパクトで重量が重視されるアプリケーションに最適です。その再構成可能なデザインにより、適応型飛行制御システムが強化され、ハードウェアの再設計なしでリアルタイムの更新と新たな要件のシームレスな統合が可能になります。これらの機能により、FPGA は、システムの信頼性を高め、消費電力を削減し、航空宇宙分野のイノベーションの最前線に組織を立たせ続けることができます。
ツール | |
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インテル® Quartus® Prime 開発ソフトウェア・スイート | ハードウェア開発者とシステム設計者向け Altera® FPGA、CPLD、SoC FPGA 向けのデザインのすべての段階に対応する開発ツールの包括的なスイート。 |
FPGA AI スイート | FPGA 設計者、機械学習エンジニア、ソフトウェア開発者が最適化した FPGA AI プラットフォームを効率的に作成することができます。 |
ビデオ & ビジョン・プロセシング・スイート | カスタムビデオと画像処理デザインの開発を促進するために使用できる次世代 FPGA IP のコレクションです。 |
DSP Builder | FPGA でのデジタル信号処理 (DSP) アプリケーションの設計に役立ちます。 |
政府機関の分析とハイパフォーマンス・コンピューティング
FPGA は、その並列処理、エネルギー効率、リアルタイムのパフォーマンスにより、政府機関の分析と HPC アプリケーションに不可欠なものになっています。ディスク圧縮や浮動小数点演算などのタスクを最適化し、コスト効率の高いハイパフォーマンス・システム向けに拡張性を高め、ハードウェアのフットプリントを削減します。
データ主導の世界において、政府機関は、コスト効率とパフォーマンスの向上を実現しながら膨大なデータセットを管理するという二重の課題に直面しています。
FPGA は、並列処理を通じてパフォーマンスを向上させ、データ再構成を最適化して高速な検索と取得を実現する、汎用的なソリューションを提供します。例えば、ディスク圧縮と消去エンコーディングに FPGA を活用することで、RAID の冗長性を緩和し、ハードドライブを 10 台から 6 台に減らして大幅なコスト削減を実現できます。Apache Arrow や Pulsar などのツールは、FPGA をさらに活用して非構造化データ処理を効率化し、重要な情報への迅速なアクセスを可能にします。
FPGA は、優れた速度と拡張性、最小限のハードウェア・フットプリントを提供することで、政府機関が現在の要求に対応し、進化するテクノロジーのニーズに適応するのに役立ちます。
進化を続けるハイパフォーマンス・コンピューティング (HPC) の領域において、FPGA は、優れた電力効率とカスタマイズ性により、複雑なシミュレーションと大規模なデータ処理を再定義しています。
FPGA は、消費電力が重視されるアプリケーションに優れており、電波望遠鏡や大規模なシミュレーションなどのタスクにおいて、低いエネルギーコストで高いパフォーマンスを実現します。そのカスタマイズされたデザインは、浮動小数点演算やリアルタイムの気象分析などの反復的ワークロードを最適化し、意思決定の迅速化と精度の向上を推進します。
FPGA は、メモリー帯域幅と並列処理を強化することで、従来のソリューションを上回るパフォーマンスを発揮し、HPC の需要の高まりに応じて組織が最高のパフォーマンスとエネルギー効率を実現できるようにします。
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Agilex™ 9 FPGA および SoC ベースのデバイス
Agilex™ 7 FPGA および SoC ベースのデバイス
Agilex™ 5 FPGA および SoC ベースのデバイス
インテル® Stratix® 10 FPGA および SoC ベースのデバイス
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製品
SHIP (最先端のヘテロジニアス統合パッケージング・プログラム)
米国国防総省は、最先端のマイクロエレクトロニクス・パッケージへの米国によるアクセスを確保する契約を Altera と締結しました。SHIP プログラムは、国防総省と防衛関連機関に多様なサプライチェーンと IP 保護を提供しながら、米国の半導体研究開発をサポートし、国内の半導体製造とパッケージング能力の向上を支援しています。