堅固耐用的移動數(shù)據(jù)終端（平板電腦、手持設備等）的設計人員發(fā)現(xiàn)，任務的適應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。

無論我們談論的是臺式機、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)技術的商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）設計。

“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顯示器中使用的應用程序移動到移動設備上。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用程序。

“一般來說，在主流計算領域，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?！霸谇度胧胶涂纱┐黝I域，我們看到對輕巧但功能強大的系統(tǒng)的巨大需求。這些正在應用于可穿戴計算機和無人機（UAV）應用。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工程師將電源管理功能整合到其可穿戴的模塊化戰(zhàn)術系統(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，”黑鉆先進技術的Norman Lange說?！霸撓到y(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，當某些功能未使用或設備關閉時，它可以降低功耗。

“手持設備很多時候往往是特定于應用的產(chǎn)品，因此更容易將處理器和內(nèi)存擴展到應用程序，并具有儲備或增長的余地，”Motter說。“他們不需要最快的處理器和最多的內(nèi)存來完成今天的工作，但希望能夠支持未來的應用程序和定制。關于手持設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)不同任務進行擴展和調(diào)整的計算工具。每個任務還可能要求不同的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計人員正在設計足夠靈活的模塊化系統(tǒng)，以滿足各種任務和人為因素要求。

“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，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)，我們的設計人員由先前的導彈系統(tǒng)工程師組成。我們在人為因素上花的錢比我們系統(tǒng)的任何其他設計屬性都多。經(jīng)驗性的最終用戶反饋直接提供給設計師。與設計人員編寫規(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 - 以及其他設備。

MTS具有超強的可擴展性，用戶可以根據(jù)任務需求調(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)術擴展集線器。戰(zhàn)術任務控制器 - 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?，陸軍，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)設計人員來說，散熱來自當今現(xiàn)代處理器的熱量仍然是一個挑戰(zhàn)。這項任務變得更加困難，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，可以改善從處理器到熱框架和機箱側壁的熱量傳遞;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電源軌的傳導冷卻應用，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。“水晶有一個水塊組件，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)設計人員中越來越受歡迎。“多年來，該行業(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?！霸S多人不愿意采用液體方法，并試圖在轉向液體冷卻結構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扇是關鍵組件的挑戰(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域，”派克宇航業(yè)務發(fā)展經(jīng)理Dan Kinney說?！耙后w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變 - 汽化的潛熱”?！斑@種轉變所消耗的能量 - 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備中拉出的有效方法，”Kinney說?！坝梅浅：唵蔚男g語來說：當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用。當涉及到熱管理系統(tǒng)本身時，兩相系統(tǒng)的除熱能力轉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)中的一個轉折點，在設計冷卻架構時，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。機身設計師了解這一點，并將整個飛機的適當熱管理系統(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