防衛機器アプリケーション

レーダーおよびセンサー

レーダーもまた、半導体業界がこの 20 年間に多大な貢献を果たしてきた基本テクノロジー分野です。今日の最新レーダーシステムでは、アクティブ電子走査アレイ (AESA) が最も一般的なアーキテクチャーです。今後は、デジタル・フェーズド・アレイや地上移動標的表示器 (GMTI) を搭載した合成開口レーダー (SAR) などの次世代レーダー・アーキテクチャーが新たなテクノロジーの主流となることが予想されます。これを実現するにあたって、多様なミッションの要件として求められる高性能データ処理、超広帯域幅、高ダイナミック・レンジ、アダプティブ・システムなどのパラメーターが多くのシステム設計に共通する課題となります。FPGA はこれらの課題に対処するうえで最適な、ときには不可欠なソリューションです。インテル® Stratix® FPGA シリーズと可変精度デジタル信号処理 (DSP) で浮動小数点テクノロジーを使用することにより、設計の段階に応じて必要な精度を定義できます。消費電力を削減しながら、ロジックリソースと DSP リソースを効率的に使用することができます。

下図に示す AESA アーキテクチャーでは、FPGA が必要な段階、および FPGA が処理上において大きな優位性をもたらす段階を特定できます。

28nm Stratix® V FPGA は、レーダーおよび高度センサー技術固有のデザイン要件に対応することができます。Stratix® V FPGA は、825 Gbps の全二重シリアル・トランシーバー帯域幅、豊富な DSP、優れたシグナル・インテグリティー、拡張性に優れたエンベデッド処理ブロック、最大 950K ロジックエレメント (LE) のロジック集積度を提供し、防衛レーダーおよびセンサーデザインに真の SoC (System On Chip) の可能性をもたらします。

新世代のインテル® Arria® 10 およびインテル® Stratix® 10 デバイスでは、豊富な DSP にハード浮動小数点 IEEE-754 単精度 DSP ブロックが追加されます。そのため、インテル® Arria® 10 FPGA では最大 1.5 TFLOPS、インテル® Stratix® 10 FPGA では最大 10 TFLOPS が実現されます。これらのブロックの推論には OpenCL*、フロー、DSP Builder for インテル® FPGA、その他のインテル® FPGA IP (Intellectual Property) を使用します。

開発期間を短縮するため、インテルは IP コア、リファレンス・デザイン、開発キット、システム・レベル・デザイン・ツールでシリコン・ソリューションを補完しています。個別のレーダー・リファレンス・デザインおよびレーダー・アプリケーション・サポートについては、担当者までお問い合わせください。

電子戦

電子戦システムにおいては、対電子妨害手段 (ECCM)、ステルス技術、密連結スマート・センサー・ネットワーク、インテリジェント誘導兵器などを実現するために、継続的に機能を強化していく必要があります。これらのシステムには、短時間で複数の脅威を迅速に分析し、対応する能力が求められます。高帯域雑音の中で目標とする特徴を見つけるためには、高速フーリエ変換 (FFT)、コレスキー分解、行列乗算などの複雑な処理の実行が必須です。さらに、複数のソフトウェア生成波形を送信して偽物標を与えると同時に、強力な広帯域信号で全体を秘匿します。こうした刻一刻と変化する戦術的対応には機動的な高性能処理が必要です。また、多くの場合、システム全体が空中プラットフォームに配置されるため、サイズ、重量、消費電力、およびコスト (SWaP-C) の制約に加えて、発熱量に関する厳しい要件も満たさなければなりません。

典型的なシステムデザインでは、チャネライザーと逆チャネライザーを使用して高帯域入力信号を処理しています。チャネル数は可変のため、システム設計者は必要なシステム性能に応じてハードウェア・リソースを割り当てることができます。

FPGA は、各種電子攻撃 (EA) 手法を搭載した典型的な電子戦システムの、高速処理を多用する重要なパスにおけるこれらの性能要件に対する最適なソリューションです。

最小限の消費電力での浮動小数点性能

電子戦設計者は、FPGA 業界最高クラスのエネルギー効率 (GFLOPS/W) で SWaP-C の制約を満たしながら DSP リソースを最適化することができます。 インテルの浮動小数点ツールを使用すれば、DSP パイプラインを素早く実装、最適化し、インテル® Arria® 10® FPGA では最大 1.5 TFLOPS、インテル® Stratix® 10 FPGA では最大 10 TFLOPS のスループットを実現することが可能です。

センサーとバックプレーン・インターフェイス

Stratix® V FPGA は、28 Gbps までのトランシーバーを内蔵しています。また、各種バックプレーン・インターフェイスを最小限のレイテンシーでサポートする完全なトランシーバー・ポートフォリオを用意しています。

市場投入期間の短縮とエンジニアリング・リスクの軽減

インテルは、Intellectual Property (IP) コア、リファレンス・デザイン、開発キット、およびシステム・レベル・デザイン・ツールをすべて提供しています。具体的な電子戦リファレンス・デザインとサポートについては、担当者までお問い合わせください。

セキュア通信

今日のセキュア通信デバイスは、多くの設計課題に直面しています。有線の製品は、40 Gbps / 100 Gbps のスループットを実現する過酷なデータ帯域幅要件に対応しなければなりません。また、JIE などのアプリケーション向けに、暗号化サービス用の改ざん防止プラットフォームも提供する場合も多くあります。ワイヤレス製品は、SRW、WNW、MUOS などの複数の波形を同時にサポートできる次世代の軍用無線モビリティーを実現するためのサイズ、重量、消費電力 (SWaP) の削減など、厳しい要求の下で開発されています。

セキュア通信システム

セキュア通信の設計課題は、有線システムと無線システムの両方に該当します。暗号化機能もまた、両方のシステムに共通する問題です。

有線のセキュア通信

全地球情報グリッド (GIG) をはじめとする、暗号化機能を備えた情報保証システムは、40G ~ 100G 以上のネットワーク・パフォーマンスをサポートします。ネット・セントリシティーにより、兵士が地上で目にする対象が、陸軍・空軍の施設軍備と確実にリンクしている必要があります。

ネットワーク暗号化

標準的なネットワーク暗号化のすべてのコア機能は、改ざん境界内部にインテル® FPGA を搭載し、実装することができます。 28 nm Stratix® V FPGA は、50 種類以上の業界標準プロトコルのサポートにより、消費電力を最小限に抑えて、最大 930 Gbps のトランシーバー帯域幅を提供します。DSP 数、スケーラブルなエンベデッド・プロセシング、ロジック集積度におけるリーダーシップにより、有線のセキュア通信のための真の System-on-Programmable-Chip (SoPC) を実現します。インテル® Arria® 10 SoC は、消費電力をさらに削減し、セキュリティー機能を追加します。また、制御プレーン処理用に、デュアルコア ARM* Cortex* A9 ハード・プロセッサー・システムも提供します。

ワイヤレスセキュア通信

拡張無線機には、商用、AES、Suite A、Suite B の各暗号化アルゴリズムを使用した相互運用性とセキュリティーが必要です。これらの拡張無線機は、サイズ、重量、消費電力、コスト (SWaP-C) を最適化しながら、消防士、救急機関、医療機関、法執行機関向けのシステムをつなぎます。次世代のミリタリーグレードの信頼できる通信と SDR プラットフォームでは、フィールド・アップデート機能によってさまざまなプラットフォームやミッションをサポートしながら、同時に互換性のある波形を生成する必要があります。FPGA により、ワイヤレス通信システムはこうした課題への対応が可能になります。

ソフトウェア・デファインド無線

Cyclone® V SoC は最小限のシステムコストと消費電力のニーズに応えます。一方、Arria® V SoC はコストとパフォーマンスのバランスに優れています。SoC FPGA では、2.5 MIPS の Dhrystone 性能を特長とするエンベデッド・デュアルコア ARM* A9 コアによって基板全体を統合することができます。

暗号化機能

強力な暗号化は、増加し続けるデータ・スループット・レートで通信とデータのセキュリティーを確保するためのカギとなります。セキュリティー設計で保護された FPGA に実装された、強力な暗号化アルゴリズムは、信頼できる情報保証システムのための基盤を提供します。

設計分離機能を備えた Cyclone® III LS FPGA は、低消費電力で高いセキュリティーを実現します。Cyclone® V FPGA では低コスト、低消費電力を、Stratix® V FPGA とインテル® Arria® 10 FPGA では 100 Gbps 以上のデータレートを実現できます。

防衛機器温度

今日のマーケット需要を満たすため、インテルでは防衛機器温度に対応した以下のデバイスを提供しています。

  • FPGA 
    • インテル® Arria® 10 FPGA 10AX660、10AX570、10AX480、10AS480、10AX220、10AX160 防衛機器温度範囲 -3 スピードグレード・デバイスの一部のパッケージ
    • Stratix® V FPGA 5SGXA7、5SGSD5 防衛機器温度範囲 -4 スピードグレード・デバイスの一部のパッケージ
    • Stratix® IV FPGA EP4SGX70、EP4SGX110、EP4SGX180、EP4SGX230、および EP4SE230 防衛機器温度範囲 -3 スピードグレード・デバイスの一部のパッケージ
    • Stratix® III FPGA EP3SL50、EP3SE50、EP3SL70、EP3SE80、EP3SL110、EP3SE110、および EP3SL150 インダストリアル温度範囲 -3 スピードグレード・デバイスのすべてのパッケージ

下表に、これらのデバイスの温度範囲を示します。

温度範囲

デバイス 拡張 インダストリアル 防衛機器 温度
インテル® Arria® 10 FPGA/SoC 0℃~ 100℃ -40℃~ 100℃ -55℃~ 125℃ 接合部
インテル® Stratix® 10 FPGA/SoC 0℃~ 100℃ -40℃~ 100℃ -55℃~ 125℃ 接合部
         
デバイス コマーシャル インダストリアル 防衛機器 温度
Stratix® V FPGA 0℃~ 85℃ -40℃~ 100℃ -55℃~ 125℃ 接合部
Stratix® IV FPGA 0℃~ 85℃ -40℃~ 100℃ -55℃~ 125℃ 接合部
Stratix® III FPGA 0℃~ 85℃ -40℃~ 100℃ -55℃~ 125℃ 接合部
Stratix® II FPGA 0℃~ 85℃ -40℃~ 100℃ -55℃~ 125℃ 接合部
インテル® Stratix® FPGA 0℃~ 85℃ -40℃~ 100℃ -55℃~ 125℃ 接合部

インテルは現在の工業用デバイスを防衛機器温度範囲で動作させた場合の特性評価を行っています。これらのデバイスは仕様の範囲内で機能しますが、より低速のタイミングモデルに従って動作します。これらのデバイス設計の詳細については、以下の表に示す関連ドキュメントを参照してください。

インテルの防衛機器温度範囲製品の詳細は、ディストリビューターにお問い合わせください。

サポートしているプロダクトファミリー

下表に、インテル® Arria® 10 FPGA & SoC の防衛機器温度デバイスサポートを示します。

インテル® Arria® 10 FPGA &SoC 防衛機器温度デバイスサポート

注: すべてのパッケージにて防衛機器温度をサポートします。

デバイス パッケージ パーツナンバー スピードグレード 出荷状況
10AX016C U484 近日公開 -3 2016
10AX016E F760 近日公開 -3 2016
10AX022C U484 近日公開 -3 2016
10AX022E F760 近日公開 -3 2016
10AX048E F760 近日公開 -3 2016
10AS048E F760 近日公開 -3 2016
10AX048K F1152 近日公開 -3 2016
10AS048K

F1152

近日公開

-3

2016

10AX057K

F1152

近日公開

-3

2016

10AX066K

F1152

近日公開

-3

2016

10AX057K

F1517

近日公開

-3

2016

10AX066K

F1517

近日公開

-3

2016

Stratix® V FPGA 防衛機器温度デバイスサポート

注: 詳細は、Stratix® V Military Temperature Range Support Technical Brief (PDF、英語) を参照してください。

デバイス パッケージ パーツナンバー スピードグレード 出荷状況
5SGSD5H すべてのデバイス 近日公開 -4 2015
5SGSD5K すべてのデバイス 近日公開 -4 2015
5SGXA7H すべてのデバイス 近日公開 -4 2015
5SGXA7K すべてのデバイス 近日公開 -4 2015

Stratix® IV FPGA 防衛機器温度デバイスサポート

注: 詳細は、Stratix® V Military Temperature Range Support Technical Brief (PDF、英語) を参照してください。

デバイス パッケージ パーツナンバー スピードグレード 出荷状況
EP4SGX70D F780 EP4SGX70DF29M3 -3 出荷中
EP4SGX70H F1152 EP4SGX70HF35M3 -3 出荷中
EP4SGX110D F780 EP4SGX110DF29M3 -3 出荷中
EP4SGX110H F1152 EP4SGX110HF35M3 -3 出荷中
EP4SGX180D F780 EP4SGX180DF29M3 -3 出荷中
EP4SGX180H F1152 EP4SGX180HF35M3 -3 出荷中
EP4SGX180K F1517 EP4SGX180KF40M3 -3 出荷中
EP4SGX230D F780 EP4SGX230DF29M3 -3 出荷中
EP4SGX230H F1152 EP4SGX230HF35M3 -3 出荷中
EP4SGX230K F1517 EP4SGX230KF40M3 -3 出荷中
EP4SE230 F780 EP4SE230F29M3 -3 出荷中

Stratix® III FPGA 防衛機器温度デバイスサポート

注: 詳細は、Stratix® III Military Temperature Range Support Technical Brief (PDF、英語) を参照してください。すべてのパッケージにて防衛機器温度をサポートします。

デバイス パッケージ パーツナンバー スピードグレード 出荷状況
EP3SL50 すべてのデバイス EP3SL50xxxI3 -4 出荷中
EP3SE50 すべてのデバイス EP3SE50FxxxI3 -4 出荷中
EP3SL70 すべてのデバイス EP3SL70FxxxI3 -4 出荷中
EP3SE80 すべてのデバイス EP3SE80FxxxI3 -4 出荷中
EP3SL110 すべてのデバイス EP3SL110FxxxI3 -4 出荷中
EP3SE110 すべてのデバイス EP3SE110FxxxI3 -4 出荷中
EP3SL150 すべてのデバイス EP3SL150FxxxI3 -4 出荷中

インテルの防衛機器温度範囲製品の詳細や特性評価レポートについては、ディストリビューターにお問い合わせください。

エコシステム

インテルは、複雑な高性能システムを実装する際のシステムデザイン上およびスケジュール上のリスクを軽減するために、実証済みの量産ボードに最新の検証済み Intellectual Property (IP) を容易に展開できるように、COTS ボードパートナーと緊密に協力しています。特定のニーズ、デバイスタイプ要件、および設計時間の制約に対応できるように、広範なボードやメザニンカードを用意しています。インテルの COTS パートナー・エコシステムは、先進的な API (Application Programming Interface) や高級言語を利用するハードウェアおよび FPGA インターフェイス用の開発ソフトウェアも網羅しています。インテル COTS パートナー・エコシステムは、インテルおよびサードパーティー独自のソフトウェアのほか、インテル® Quartus® Prime 開発ソフトウェアと DSP Builder for インテル® FPGA アドバンスト・ブロックセットを使用してボードデザインを実装しています。

インテルの防衛機器向け COTS ボードパートナーは以下の各社です。

防衛機器向け COTS ボードパートナー

パートナー 説明
Annapolis Micro Systems Annapolis は、レーダー、シギント、デジタル信号処理、暗号化、画像処理など、広 I/O 帯域幅で演算を多用する問題をターゲットとする FPGA ベースの COTS ボードにおける世界的リーダーで、アプリケーション開発サポートにおいて卓越しています。OpenVPX、VME/VXS、PCIe*、および AMC 用 COTS ハードウェアおよびソフトウェア・ソリューションのほか、最高クラスの集積度で広範なインターフェイス・カード (A/D、D/A、イーサネット / Infiniband) も提供しています。12.5 Gb / 14 Gb トランシーバーおよび 10 Gb / 40 Gb / 100 Gb IP を搭載した Stratix® V デバイスは、シャーシ、専用高速バックプレーン、FPGA ベース処理ボード、スイッチ・ソリューション、およびストレージカードを含む同社の WILD OpenVPX Ecosystem の基礎を支えています。詳細については、http://www.annapmicro.com/ を参照してください。
BittWare BittWare は、OEM 顧客の大幅な技術リスク軽減と「Time-to-Revenue」の短縮を可能にするボードレベルのハイエンド信号処理ソリューションを設計および展開しています。同社のソリューションは、インテルの最新 FPGA テクノロジーに加え、信号処理アプリケーションの C 言語の側面をホストすることで FPGA の消費電力と複雑さを減らす Anemone FPGA コプロセシング・チップを利用しています。製品は、PCIe*、AMC、VPX / OpenVPX、VME / VXS、CompactPCI、PCI*、XMC、FMC (VITA 57)、PMC などの業界標準 COTS フォームファクターに基づいています。消費電力や実装面積の制約から業界標準ボードの使用が難しい場合は、カスタマイズ・ソリューション、ライセンスデザイン、チップレベル製品の提供も可能です。BittWare の FPGA ソリューションの詳細は、http://www.bittware.com/ を参照してください。 
Colorado Engineering Inc.(CEI) CEI は、レーダー、C4ISR、電子戦、シギント、通信、およびネットワーキング向けのクラス最高の C-SWaP ソリューションを提供しています。同社の独創的な 3DR テクノロジーは、インテル® FPGA 処理エレメント間の 3D メッシュ接続によるスケーラブルなモジュラー・エンベデッド・コンピューティングを可能にし、卓越したスループット、性能、および柔軟性を実現します。数 GHz の帯域幅をサポートする同社のデータ変換技術を併用することにより、3DR モジュールを組み合わせて各種リモートセンシング / 通信システム用のデジタル波形発生器、デジタル受信機、および信号プロセッサーを素早く構築することが可能です。RF、デジタル、ソフトウェア、およびシステムデザインにわたる総合的なエンジニアリング経験により、従来のスモール・フォーム・ファクターから COTS 3DR、さらにはフル・カスタム・アプローチまで、最適なソリューションの実現を支援する高度なアプリケーション専門知識を提供します。詳細については、http://coloradoengineering.com/ を参照してください。
GiDEL GiDEL は、高性能リアルタイム信号処理および I/O アプリケーション向けの革新的な COTS および特定用途向けソリューションの提供における市場リーダーの 1 つです。同社の最先端リコンフィグレーション可能製品は、プロトタイプから量産までの OEM ニーズに 15 年以上にわたって応えてきた実績があり、ショート PCI、フルサイズ PCI、PCI Express*、PCIe*-104、メザニン、Modified COTS、ロー・プロファイル PCIe* をはじめとする各種業界標準プラットフォームに対応しています。GiDEL の FPGA ソリューションの詳細は、http://www.gidel.com/ を参照してください。 
Mercury Systems Mercury Systems は、要求の厳しい商用・防衛・情報アプリケーション向けの商用開発オープンセンサー / ビッグデータ処理システム、ソフトウェア、およびサービスの提供により、 革新的なソリューション、迅速な「Time-to-Value」、および世界クラスのサービスとサポートを元請負業者に提供しています。イージス、パトリオット、SEWIP、ゴルゴンステア、プレデター / リーパーをはじめ、300 件以上のプログラムに取り組んできた実績があり、 Mercury Commercial Electronics、Mercury Defense Systems、Mercury Intelligence Systems という 3 つの戦略事業部門にわたって革新的な能力を発揮しています。Mercury System の FPGA ソリューションの詳細は、http://www.mrcy.com/ を参照してください。
Nallatech Nallatech は、リアルタイム・エンベデッド・コンピューティング、高性能コンピューティング、ネットワーク処理などの FPGA アクセラレーション・アプリケーションで顧客が成功を収めるためのハードウェア、ソフトウェア、およびデザインサービスを 20 年以上にわたって提供しています。現在、最新世代の FPGA を採用してワット当たり性能を従来のコンピューティング・アーキテクチャーから大幅に向上させると同時に、OpenCL* などのハイレベル・デザイン・ツールを利用して市場投入期間を短縮しています。SWaP の制約が厳しいアプリケーション向けには、親会社である Interconnect Systems (http://www.isipkg.com/) と協力して、堅牢な小型 FPGA システムを提供しています。Nallatech の FPGA ソリューションの詳細は、http://www.nallatech.com/ を参照してください。 
Parsec Parsec は、防衛・産業・通信分野の顧客向けに電子サブシステム / 製品の受託開発・製造を行っています。Parsecs VF360 は、インテルの Stratix® V FPGA テクノロジーを利用してレーダー、ネットワーキング、シギント、電子戦、ソフトウェア無線、ビデオなど、演算や帯域幅を多用するアプリケーションに最適な超広帯域処理プラットフォームを提供する 3U Open VPX モジュールです。顧客と協力して製品ライフサイクル全体にわたる一貫したソリューション、最適なサブシステムまたは製品を提供すると同時に、自社 Intellectual Property (IP) の使用および再利用によって製品の強化・活用を図っています。Parsec の FPGA ソリューションの詳細は、http://www.parsec.co.za/ を参照してください。 
Per Vices

Per Vices は、幅広い顧客基盤のニーズを高い価値で満たす柔軟な無線プラットフォームを開発しています。同社の広帯域ソフトウェア無線製品は広い周波数範囲に対応し、防衛・通信分野の顧客が必要とする最も要求の厳しいアプリケーションを支えています。

同社製品は、インテル® FPGA の採用により、異なるワイヤレスデバイスの透過的な代替やそれらの間で通信のブリッジを実現しています。そのため、戦略信号情報要件について妥協することなく、最新通信インフラストラクチャーがもたらす自己組織化能力に対処する手段を提供する戦術信号情報製品の構築が可能です。アプリケーションに依存しない同社の技術は、通信保護、環境無線信号監視、および妨害源抑制の手段を提供する強力な通信、シギント、(対) 電子戦機能を実現します。詳細は http://www.pervices.com/defence/ を参照してください。

ReFLEX CES ReFLEX CES 社は、産業機器製造企業、軍事機関、政府機関向けのカスタム・エンベデッド・システムおよび複合システムの設計、製造を行う ISO 9001 認証企業です。同社は MOTS (汎用品を応用した) ソリューションを専門としています。また、COTS ボードの総合ポートフォリオと、プロトタイプ用または量産用のインスタント開発キットも提供しています。同社が提供するソリューションには、CPU、プロセシング / アクイジション・ボード、統合シャーシ (openVPX、VPX、CPCI、COMExpress、ETX、PCIe* など)、高速データレコーダー、FPGA SoC、ASIC プロトタイピング・プラットフォームなどがあります。そのテクノロジーの専門領域は、FPGA と SoC、CPU とエンベデッド・ソフトウェア / OS、最先端の PCB 配線と基板設計、堅牢な機器 / システム統合、認定 (EMC、ESD、温度、衝撃、振動、湿度) など多岐にわたります。詳細については、http://reflexces.com/ を参照してください。

パートナー・ソリューション・デモ


航空宇宙と防衛機器の設計では、高性能、広範な動作温度範囲、長いシステム寿命の必要性に加え、システムサイズと消費電力の面でも厳しい制約があり、多くの課題に対応しなければなりません。設計者は、強化された市販のインテル® FPGA によって航空宇宙および防衛機器市場の要件を満たすことができます。

 

拡張された標準的なシリコン

インテル® FPGA は、湿度、衝撃、振動に対する高い耐性を持つ厳しいサイズ、重量、電力要件 (SWaP) を満たし、すべてのファミリーで鉛のはんだが使用できます。

 

防衛機器温度範囲のサポート

FPGA のインテル Stratix® シリーズは、拡張された防衛機器温度範囲 (‑55℃ ~ 125℃) で使用できます。 

 

SEU の検出と緩和

構成 RAM のインテルの自動 CRC コンパイラーは、Single Event Upset (SEU) で発生する可能性のある構成の変更を自動的にチェックします。SEU の緩和を参照してください。

「インテルは、低消費電力の高集積ソリューションを提供しているため、低消費電力、軽量、小型、低コストを必要とするポータブル Soldier's Network HMS Manpack プログラムにとって重要な製品です」

General Dynamics、Soldier's Network Defender of the Year 主催企業

防衛機器向け DSP

レーダー、セキュア通信、電子戦はすべて高性能デジタル信号処理 (DSP) チェーンを基礎としており、その性能は 1 GFLOPS から 10 TFLOPS にわたります。課題は、妥当なサイズ、重量、および消費電力 (SWaP) を維持しながら、このレベルの性能を実現することです。

多くの場合、システム・アーキテクトが MathWorks* MATLAB* でコンセプトとモデルを開発し、別のチームが数学モデルを量子化して固定小数点対応ハードウェアで実行できるようにします。この量子化ステップでは元のモデルからのずれが生じ、ダイナミック・レンジの制限やその他のシステム問題に悩まされることがよくあります。

インテル® Arria® 10 FPGA およびインテル® Stratix® 10 FPGA は業界最高水準の GFLOPS/W 比を誇り、SWaP の維持に貢献します。IEEE 754 準拠浮動小数点処理チェーンは処理の負荷を大幅に軽減し、正規化を繰り返し実行する必要性を減らし、結果としてハードウェアの効率を高めます。FPGA の浮動小数点機能により、設計者の当初のシステム仕様を維持しながら、MATLAB* とハードウェア実装の間の量子化ステップをなくすことが可能です。スループットは、インテル® Arria® 10 FPGA が最大 1.5 TFLOPS、インテル® Stratix® 10 FPGA が最大 10 TFLOPS です。

下図に、Stratix® V FPGA の高性能 DSP 機能の一部を示します。内蔵係数レジスターやハードプリアダーのほか、柔軟性を高める 3 つの乗算器モードがあります。この DSP アーキテクチャーに加え、フューズド・データパス・フローを含む DSP Builder for インテル® FPGA アドバンスト・ブロックセットにより、メモリーや配線リソースが削減されるだけでなく、精度、使用量、および消費電力のバランスを設計者がきめ細かく設定することが可能になります。

18 ビットおよび高精度モード

インテルは、防衛機器 DSP アプリケーションに対応するためのソリューション、リファレンス・デザイン、および技術サポートを提供しています。詳細は担当者までお問い合わせください。

DO-254

RTCA DO-254/Eurocae ED-80 規格は、コンセプトから初期認証、さらには継続的な耐空性を保証するための認証後の製品改良まで、航空機搭載電子機器の設計保証に関するガイダンスを示しています。DO-254 では、アビオニクス機器メーカーが EASA および FAA のガイドラインに沿って満たさなければならない目標を規定しています。

RTCA DO-254 規格には、A (最高) からレベル E (最低) までの 5 段階のクリティカリティー・レベルが規定されています。これらの設計保証レベルは、すべての民間航空機搭載電子機器に必須です。最近では、A400M などの軍用機アプリケーションも DO-254 準拠が義務づけられています。

インテルとパートナーは、DO-254 認証プロセスをサポートするために、認証機関に提出するデータを提供する一連のツールと Intellectual Property (IP) を提案しています (下図参照)。インテルが航空機システム開発企業との経験から得た推奨事項を下表に示します。

フル・デザイン・サイクル・パートナー・ネットワーク・ソリューション

DO-254 認証サポート

レベル 詳細 影響を受ける領域 インテル® FPGA ソリューション
A 故障が航空機の破局故障の原因または一因となる。 表示ユニット、スイッチシステム、航空機コンピューティング

CRC (Cyclic Redundancy Check) 機能搭載 FPGA または HardCopy ASIC

B 故障が危険 / 深刻な故障状態の原因または一因となる。 バックアップ電源、ヘッドアップ・ディスプレイ

CRC 機能搭載 FPGA

C 故障が重故障状態の原因または一因となる。 任意

FPGA (CRC 機能の有無を問わず)

D 故障が軽故障状態の原因または一因となる。 任意

FPGA (CRC 機能の有無を問わず)

E 故障が航空機またはパイロットの作業負荷にまったく影響しない。 任意

FPGA (CRC 機能の有無を問わず)

Nios® II DO-254 認証可能ソフト・コア・プロセッサー

最近の FAA の指導では、汎用プロセッサーまたはグラフィック・チップセットを使用する場合に追加の設計文書を提出する必要性が強調されています。ソフト IP ソリューションは、高度な設計文書が入手可能なデザインパスです。インテルは最近、DO-254 認証の取得が可能なソフト・プロセッサーとして「NIOS II_SC」を発表しました。このセーフティー・クリティカル・バージョンは、パートナー企業の Hcell Engineering 社を通じて提供されます。NIOS II_SC パッケージは、DO-254 設計保証レベルに加え、DO-254 規格 Appendix B に従った安全解析に基づいて開発されました。

レベル A への適合のために、複数のチームが設計、検証、および動作確認プロセスに関与し、 「V サイクル」設計検証を実行しました。要件収集は設計、検証、および動作確認から別々に行いました。図 2 を参照してください。

設計検証フロー

NIOS II SC パッケージ

インテルと Hcell Engineering 社は、以下を含む完全な DO-254 認証可能パッケージを開発しました。

  • NIOS II_SC PHAC (Plan for Hardware Aspect of Certification)
  • NIOS II_SC 設計データ:
    • 要件特定は、Nios® II 仕様に加えて設計保証上の考慮事項に基づきます。
    • 概念設計データ
    • 詳細設計データ
  • トップレベル図
  • Nios® II プロセッサー・テスト手順およびテスト結果を含む検証データ
  • NIOS II_SC コンフィグレーション管理
  • NIOS II_SC レポート
  • NIOS II_SC 達成事項サマリー

グローバル・パートナー・ネットワーク・メンバー

パートナー ソリューション
Hcell Engineering Mentor Graphics* フローによる認証可能 IP コア提供サービス
ALDEC シミュレーションおよびインハードウェア検証用適合ツールセット
Mentor Graphics シミュレーションおよび適合ツールセット
HighRely トレーニングおよびドキュメント
Aeroconseil トレーニングおよびドキュメント

インテルの DO-254 認証可能 IP パートナー

次に挙げる IP コアは、既に認証済みか、現在インテルの顧客のためのドキュメントと認定プロセスを通過中です。これらの IP コアは、インテルとその IP パートナーのサポートにより、認証を受ける機会を得ることを可能にします (下表を参照)。

マイクロプロセッサーとグラフィック・アビオニクス機能

IP コア 供給ベンダー 機能
NIOS II_SC Hcell Engineering 社またはインテル 32 ビット・マイクロプロセッサー
Avalon® システム・インターコネクト Hcell Engineering 社またはインテル システム・インターコネクト
単純 IP Hcell Engineering 社またはインテル UART
タイマー
CFlash
グラフィックス IMAGEM 社 グラフィックス IP

ネットワーク・アビオニクス機能

IP コア 供給ベンダー 機能
Time Triggered Protocol TTTech 社 TTP
イーサネット MTIP 社 10/100
10、100、1000
1553 BC/RT HCELL Engineering 社 バス・コントローラー
ARINC 429 Barco 社 HCELL Engineering 社 バス・コントローラー
PCI* PLDA 社 32/66 MHz
PCI Express* PLDA 社 Gen1
ARINC 818 Great River Technology 社 アビオニクス・デジタル・ビデオ・バス

インテルの DO-254 への取り組みに対するお客様の声

「インテルは、2004 年の設立以来、DO-254 ユーザーグループのメンバーとして、ヨーロッパにおける業界の取り組みをまとめています。DO-254 向けの NIOS II_SC により、同プロセッサーに関する要件の目的、開発、製造、および検証データを把握するために必要なあらゆる取り組みを行っています」

Lionel Burgaud 氏 
DO-254 グループ創設者兼会長

「自信を持って適切な文書を EASA に提出できるように、プロジェクトの最初からインテルと Hcell Engineering 社に依頼しました」

Jerome Papineau 氏 
Thales Aerospace 社プログラム・マネージャー

「インテルの Cyclone® II、Cyclone® II FPGA、および Nios® II エンベデッド・プロセッサーにより、分散型エンベデッド・システムおよびスマートセンサー / アクチュエーター・モジュールの超小型デザインに関するアプリケーション要件に対処することができています。おかげで、本来必要であったいくつかのコンポーネントを省くことができ、システムコスト削減と信頼性向上につながっています」

Guenter Motzet 氏  
TTTech 社チップ IPA デザイン担当ディレクター

OpenCL*

レーダーのバックエンド処理は、FIR フィルターなど、カスタム・パイプライン並列処理を利用する各種アルゴリズムによる計算を多用する処理です。そこで、ホスト・プロセッサーから FPGA にオフロードすることにより、性能向上が実現します。

OpenCL*1 ツールフローを使用すれば、演算性能と消費電力要件の両面においてマルチコア CPU または GPU より効率の良いカスタム・プロセッサーを開発することが可能です。

OpenCL* による代替的レーダー・バックエンド処理

製品ライフサイクル

今や、防衛通信および兵器システムは圧倒的な数の最新高集積電子部品で構成されています。防衛機器市場で競争力や競争優位性を高めるには、最新の技術、高い処理速度、高い集積度のアナログ / デジタル処理を利用して情報システムや防衛機器の探知・応答時間を短縮することが絶対必要です。

しかし、そうしたシステムは、システムを構成する部品の数倍、あるいは桁違いに長い期間にわたって運用・維持されることがよくあり、必然的に部品の製造中止リスクが生じます。これは流通分野では大きな問題ですが、部品 / 製品エミュレーション、リバース・エンジニアリング、コード移植、認証などの業界にとっては刺激となります。

最も低リスクのベンダーの選択を含む生産終了戦略

陳腐化コストは、特に予定外の製造中止あるいは倒産や買収によるベンダーの事業停止の場合、完全には避けられません。従来、2 社購買のほか、ベンダーサポート契約、「最終受注日」、販売代理店による在庫確保などの戦略が用いられてきましたが、得られるサポータビリティーとそれに対するコストはさまざまです。追加戦略としては、製品サポートに基づいてベンダーの実績評価を行い、最も低リスクのベンダーを選ぶことが挙げられます。

おそらく、この戦略は防衛機器調達ではあまり用いられていません。従来のサプライヤー・プロファイルや実績では、ベンダーの沿革、財務的安定性、および目下の懸案事項としてのサプライヤーのリスクが重視されます。しかし、これらのプロファイルは、必ずしも経営構造、意思決定、および部品の長期的な製品サポート / サポータビリティーに関する判断につながる要因を反映しているとは限りません。

製品サポートリスクの評価

ホワイトペーパー「FPGA Product Support and EOL as Past Performance Indicators (PDF、英語)」では、30 年にわたる FPGA 開発 / 製品の歴史に基づいて、FPGA プロバイダーの製品サポート歴を評価するためのさまざまな統計指標を示しています。独自の指標開発のための完全なデータセットは、防衛機器ポータルにあります。それらの指標の一例を下の図に示します。

その他のリソース

タイトル 詳細
MathWorks 社との合同ウェブキャスト (英語) Mathworks* MATLAB* および Simulink* を使用して、レーダー・アプリケーション開発における浮動小数点の課題を解決します。
記事: Floating-Point FPGAs for DSP Bring High Precision to Radar and EW Systems (英語) FPGA に浮動小数点 DSP を使用して、消費電力とレイテンシーを低減しつつ高精度および高ダイナミック・レンジを実現します
記事: Signal processing approaches for electronic warfare and signals intelligence spark debate (英語) COTS ボードを使用して開発期間を短縮します。高性能防衛機器デザインにおける FPGA、GPU、DSP の比較。
Radar Processing: FPGAs or GPUs? (英語)

汎用グラフィックス・プロセシング・ユニット (GP-GPU) が高レートのピーク FLOPS 値を提供する一方で、FPGA も現在では対等なレベルの浮動小数点処理を実現しています。さらに、インテル® FPGA は現在、GPU とともに使用される主要なプログラミング言語である OpenCL* をサポートしています。

ホワイトペーパー: アルテラの FPGA 浮動小数点 DSP デザインフローに関する第三者機関による分析 (PDF、英語) 浮動小数点 DSP ツールの性能ベンチマークのほか、使いやすさを評価しています。

防衛機器ソリューションの参照リンク

関連情報

アプリケーション別ソリューションを活用し、デザインの課題を解決する方法を紹介します。

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重要なワークロードの高速化を可能にし、規格の進化または要件の変更への適応を支援するカスタマイズ可能なデバイスです。

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