堅固耐用的移動數(shù)據(jù)終端（平板電腦、手持設(shè)備等）的設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)，任務(wù)的適應(yīng)性和可擴展性與降低尺寸、重量、功耗和成本 （SWaP-C） 同樣重要。與此同時，嵌入式工程師繼續(xù)尋找擺脫高性能處理器產(chǎn)生的熱量的方法。

無論我們談?wù)摰氖桥_式機、筆記本電腦、平板電腦、可穿戴系統(tǒng)還是手持式智能手機，軍用加固型計算平臺都面臨著對更小尺寸、更輕、更低功耗和更低成本 （SWaP-C） 的持續(xù)要求。市場和采購壓力也在推動更多利用商業(yè)技術(shù)的商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）設(shè)計。

“在堅固耐用的平板電腦世界中，SWaP-C仍然很重要，因為客戶希望通過盡可能多的處理和內(nèi)存來管理重量和功率，”加利福尼亞州范奈斯IEE業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Steve Motter說，“他們還在尋找類似iPad或商用平板電腦的功能， 多點觸摸屏、擺動邊框和低重量。對許多嵌入式外設(shè)和連接的需求與支持水坑中下水淹沒的要求的愿望相平衡。我們還看到，對電阻式觸摸或電阻式多點觸控的持續(xù)要求是，操作員能夠戴著手套使用平板電腦。平板電腦正在快速增長，因為人們希望將他們通常在臺式PC顯示器中使用的應(yīng)用程序移動到移動設(shè)備上。我們需要確保顯示屏足夠大（8到10英寸），以提供更多信息，如氣象圖、視頻和其他交互式應(yīng)用程序。

“一般來說，在主流計算領(lǐng)域，我們看到了對最新的至強桑迪橋和常春藤橋系列英特爾平臺的推動，”愛荷華州海厄瓦薩水晶集團工程副總裁Jim Shaw說。“在嵌入式和可穿戴領(lǐng)域，我們看到對輕巧但功能強大的系統(tǒng)的巨大需求。這些正在應(yīng)用于可穿戴計算機和無人機（UAV）應(yīng)用。我們在這個市場上的最新產(chǎn)品是i7-3770S桌面四核加超線程CPU，16 GB DDR3，用于無人機的4磅計算機。

亞利桑那州坦培的黑鉆先進技術(shù)工程師將電源管理功能整合到其可穿戴的模塊化戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)（MTS）中，該系統(tǒng)適用于可以處理寬電壓范圍的作戰(zhàn)人員，并且“我們在系統(tǒng)的計算元素中利用了這一點，”黑鉆先進技術(shù)的Norman Lange說。“該系統(tǒng)在一塊電池上運行三個盒子。我們開發(fā)了電源管理系統(tǒng)，以擺脫多余的電池，并使用單個電池將電源拉入，調(diào)節(jié)和分配到多個系統(tǒng)。就像商用智能手機一樣，當(dāng)某些功能未使用或設(shè)備關(guān)閉時，它可以降低功耗。

“手持設(shè)備很多時候往往是特定于應(yīng)用的產(chǎn)品，因此更容易將處理器和內(nèi)存擴展到應(yīng)用程序，并具有儲備或增長的余地，”Motter說?！八麄儾恍枰羁斓奶幚砥骱妥疃嗟膬?nèi)存來完成今天的工作，但希望能夠支持未來的應(yīng)用程序和定制。關(guān)于手持設(shè)備和加固的一件事是，［它們］只需要處理人類可以處理的東西，因為它居住在作戰(zhàn)人員手的末端區(qū)域。它不需要滿足遠遠超過人類無法生存的溫度范圍。電池和單元的尺寸由顯示器的尺寸決定;對于小型顯示器（3.5英寸），包裝具有挑戰(zhàn)性;在7英寸的尺寸下，有更多的空間容納額外的電池和外圍功能。

作戰(zhàn)人員還希望獲得能夠根據(jù)不同任務(wù)進行擴展和調(diào)整的計算工具。每個任務(wù)還可能要求不同的SWaP要求以及不同的加固需求。因此，堅固耐用的可穿戴計算機設(shè)計人員正在設(shè)計足夠靈活的模塊化系統(tǒng)，以滿足各種任務(wù)和人為因素要求。

“增長最快的外形并不是真正的外形尺寸。它提供了工作所需的最佳尺寸、重量和功率，“佛羅里達州西棕櫚灘通用動力 C4 Systems 全球產(chǎn)品銷售首席技術(shù)官 Mike Stelmat 說，”計算機越小、越輕、能效越高越好。我看到的變化是需要混合搭配各種選項，以最具競爭力的成本提供耐用性和功能的正確平衡。這樣，客戶只需為完成工作所需的內(nèi)容付費。在執(zhí)行任務(wù)期間需要發(fā)短信、聊天和保持態(tài)勢感知的下馬士兵需要一臺輕巧、堅固耐用的計算機，其性能與智能手機非常相似，例如GD300。Stelmat補充說，GD還為移動指揮所的情報分析師提供堅固耐用的計算機，他們需要全級別的處理能力，內(nèi)存和信息安全。他說，今年早些時候，駐阿富汗的陸軍第75游騎兵團使用了GD300，反饋是積極的。

MTS是一種完全模塊化的可穿戴計算方法，Lange說?！八且粋€模塊化的可穿戴電子平臺，針對拆卸的精確瞄準(zhǔn)，命令和控制，C4ISR，爆炸物處理（EOD）和其他需要計算功能的拆卸任務(wù)進行了優(yōu)化。黑鉆石并不真正制造計算機;我們制造武器系統(tǒng)，我們的設(shè)計人員由先前的導(dǎo)彈系統(tǒng)工程師組成。我們在人為因素上花的錢比我們系統(tǒng)的任何其他設(shè)計屬性都多。經(jīng)驗性的最終用戶反饋直接提供給設(shè)計師。與設(shè)計人員編寫規(guī)范然后與最終用戶聯(lián)系的傳統(tǒng)系統(tǒng)不同，我們通過將設(shè)計人員嵌入特種部隊操作員來縮短該過程。他們與操作員一起生活以獲得原始反饋，快速了解系統(tǒng)如何在所有條件下工作 - 雨夾雪和泥濘 - 以及其他設(shè)備。

MTS具有超強的可擴展性，用戶可以根據(jù)任務(wù)需求調(diào)整系統(tǒng)，朗格繼續(xù)說道?！叭绻僮鲉T確實需要呼叫空襲，他可以將其縮小到僅具有導(dǎo)航以及命令和控制功能。該系統(tǒng)具有不同的元素，例如堅固耐用的顯示器，GPS模塊和戰(zhàn)術(shù)擴展集線器。戰(zhàn)術(shù)任務(wù)控制器 - 穿在上后背心面板上或與突擊/攜帶包集成 - 包含戰(zhàn)術(shù)計算核心，系統(tǒng)電源管理器和外圍控制器，并且可以與頭盔安裝的顯示器集成?？哲姡戃?，海軍和海軍陸戰(zhàn)隊的各種國防部（DoD）特種作戰(zhàn)司令部（SOCOM）人員都使用MTS。大多數(shù)是聯(lián)合終端攻擊控制器（JTAC），爆炸物處理人員或控制無人機和無人駕駛地面車輛（UGV）的操作員。MTS是空軍特種作戰(zhàn)司令部戰(zhàn)場飛行員計劃的記錄。

擺脫熱量

對于軍事系統(tǒng)設(shè)計人員來說，散熱來自當(dāng)今現(xiàn)代處理器的熱量仍然是一個挑戰(zhàn)。這項任務(wù)變得更加困難，因為軍方希望產(chǎn)品包裝越來越小，從而產(chǎn)生更少的空間來轉(zhuǎn)移卡片或電路板上的熱量。

“從最新的嵌入式處理器中獲取熱量一直是工程師面臨的挑戰(zhàn)，”威斯康星州麥迪遜市極限工程解決方案（X-ES）總裁兼首席執(zhí)行官Rob Scidmore說。“對于英特爾處理器來說尤其如此，事實證明，對于最新的英特爾酷睿i7處理器來說，這是一個挑戰(zhàn)。對于最新的英特爾酷睿i7處理器，我們［集成］了一種新的散熱技術(shù)，可以改善從處理器到熱框架和機箱側(cè)壁的熱量傳遞;這使我們能夠在0.8英寸間距插槽內(nèi)繼續(xù)支持高達甚至超過+85°C電源軌的傳導(dǎo)冷卻應(yīng)用，同時仍然支持單板計算機上的XMC/PMC模塊。

來自俄勒岡州尤金的Versalogic的信用卡大小的獵鷹堅固耐用型計算機使用低功耗的Atom E6x0T處理器，但仍然內(nèi)置了散熱管理功能，Versalogic營銷總監(jiān)Gary Schultz說?！霸跓峤Ｖ?，會進行大量的測試，以確保熱量以足夠快的速度流向需要的地方，以保持電路板的功能。非常專業(yè)的熱量接口材料（TIM），機加工的散熱片或加熱板（以保持平整度，與處理器和支持芯片的頂部完全匹配）和墊片確保它位于正確的高度（不會壓碎CPU芯片）;所有這些都結(jié)合在一起，使它看起來是一個非常簡單的散熱解決方案。

“我們一直在通過用于GPGPU和高功率CPU的水冷系統(tǒng)來突破極限，”水晶集團的Shaw說?！八в幸粋€水塊組件，可以冷卻五個C2075英偉達GPGPU。每個 GPGPU 的功耗約為 200 W;但是，我們已將密度從每個 GPGPU 占用兩個插槽增加到只需要一個插槽。

液體冷卻在軍事系統(tǒng)設(shè)計人員中越來越受歡迎?！岸嗄陙恚撔袠I(yè)一直處于箱式冷卻的邊緣，”派克宇航大客戶經(jīng)理Michael Humphrey說。“許多人不愿意采用液體方法，并試圖在轉(zhuǎn)向液體冷卻結(jié)構(gòu)之前盡可能多地使用空氣。公司通常會在切換之前盡可能地推動空氣的使用。在沖擊和振動以及沙塵盛行的惡劣環(huán)境中運行無疑增加了風(fēng)扇是關(guān)鍵組件的挑戰(zhàn)。

“一旦客戶用空氣耗盡了所有的可能性，他們中的許多人就會進入新的領(lǐng)域，”派克宇航業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Dan Kinney說。“液體冷卻可以增強兩個重要特征：熱密度每平方厘米瓦特和總密度。液體冷卻確實可以幫助客戶處理更高的熱密度（即W / cm2）以及總熱負荷（例如，從600 W到現(xiàn)在超過1 kW的盒子）。

兩相冷卻

漢弗萊說，派克宇航公司開發(fā)了一種稱為兩相冷卻的熱方法，該方法“利用液體向蒸汽的轉(zhuǎn)變 - 汽化的潛熱”?！斑@種轉(zhuǎn)變所消耗的能量 - 熱量 - 被蒸汽帶到熱交換器，在那里熱量被散發(fā)，蒸汽返回到液體中。派克的SprayCool底盤和兩相冷卻技術(shù)正被內(nèi)華達山脈用于陸軍的直升機自主著陸系統(tǒng)（HALS）。

“兩相是將熱量從電子設(shè)備中拉出的有效方法，”Kinney說?！坝梅浅：唵蔚男g(shù)語來說：當(dāng)液體變成像爐子上的沸水一樣的蒸氣時，它可以產(chǎn)生良好的一致溫度。由于幾個原因，這種方法非常適合雷達應(yīng)用。當(dāng)涉及到熱管理系統(tǒng)本身時，兩相系統(tǒng)的除熱能力轉(zhuǎn)化為更低的流速和更小的儲層體積，因此與傳統(tǒng)的單相系統(tǒng)相比，產(chǎn)生重量更輕的解決方案。其次，電子封裝受益于更低和更均勻的溫度，從而提高了可靠性 - 更高的平均無故障時間（MTBF） - 并允許用戶最大限度地提高性能。我們已經(jīng)到達了系統(tǒng)中的一個轉(zhuǎn)折點，在設(shè)計冷卻架構(gòu)時，素數(shù)開始超越嵌入式盒子。需要冷卻的是整個系統(tǒng)，而不僅僅是計算引擎。它不再是關(guān)于密封系統(tǒng)中的內(nèi)容;天線和傳感器套件也需要冷卻。機身設(shè)計師了解這一點，并將整個飛機的適當(dāng)熱管理系統(tǒng)視為減輕重量的一種方式，從而降低燃料成本。

審核編輯：郭婷