ГосНИИАС
О координаторе проекта
Итоги
Аналитика
Карта проекта
Русская версия
Домашняя страница
English version
Написать письмо
Роль суперкомпьютеров в будущей авионике
Новости/ > 2018/ > Роль суперкомпьютеров в будущей авионике/
Роль суперкомпьютеров в будущей авионике
1 июня 2018 В результате внедрения готовых встраиваемых технологий были созданы суперкомпьютеры, обладающие повышенными значениями вычислительной мощности, скорости сбора и передачи данных, а также лучшими показателями с точки зрения размера, веса и энергопотребления. По сравнению с традиционными системами, которые монтируются в стандартной 19-дюймовой стойке, такой комплексный подход обеспечил более продвинутые функции в гораздо меньшем физическом объеме.

Хорошим примером является система ROCK-2 компании Mercury Systems, спроектированная для применения в авионике. Ее размер (без разъемов) составляет всего 4,88 на 7,63 и по высоте вплоть до 13,18 дюймов (12,4x19,38x33,48 см — прим. ред.) Тем не менее, эта система позволяет включать в свой состав несколько сменных модулей: процессор, плату видеозахвата, коммутатор Ethernet и память. Само шасси весит от 4 до 8 кг, в зависимости от того, сколько плат подключено.

Несмотря на то, что авионика обладает некоторыми функциями полностью автономного полета, такая практика имеет пока ограниченное применение. По мере появления все более мощных технологий встроенных вычислений ожидается, что в перспективе станет возможным осуществление полностью автономных коммерческих рейсов, управляемых усовершенствованными суперкомпьютерами.

«Коммерческие самолеты уже являются высокоавтономными транспортными средствами, имеющими функции автопилота на протяжении последних десятилетий, — сказал Роберт Аткинсон, директор по развитию бизнеса Mercury Systems, — Мы ожидаем, что большинство коммерческих самолетов получат в течение последующих 10-20 лет полностью автономные возможности от взлета и до посадки, включая системы предупреждения отклонения от курса и столкновения с землей».

«Но из-за общественного мнения и нормативных вопросов полностью беспилотный полет не будет осуществлен в эти сроки», — добавил он. >>>
>>> Компания Mercury Systems, являющаяся пионером в области обработки полетных данных и организации встроенных вычислений для аэрокосмической и оборонной промышленности, поставляет модули, одноплатные компьютеры и полностью интегрированные подсистемы сбора и анализа полетных данных. С приобретением подразделений Microsemi и других компаний, Mercury теперь также включает комплектующие изделия в свой продуктовый портфель. Кроме того, ее продуктовая дорожная карта соответствует стандарту DO-297 для интегрированной модульной авионики (ИМА), ориентированной на объединение нескольких функций для достижения меньшего числа вычислительных устройств, а недавний выпуск серии бортовых вычислителей BuiltSAFE ROCK-2 является одним из примеров создания современного суперкомпьютера, поддерживающего цифровую конвергенцию, которую переживает авиационная отрасль. (Подобно iPhone, вы можете заключить в одно устройство телефон, камеру, систему навигации GPS и многое другое.)

Износоустойчивая модульная подсистема разработана для использования во множестве прикладных систем авионики и индикации, включая управление, контроль, связь, сбор и анализ полетных данных, наблюдение и разведку. Она соответствует промышленному стандарту DO-178C/DO-254 на основании полученного сертификата по безопасности. Созданная на базе стандартной архитектуры 3U VPX, система ROCK-2 может вмещать до четырех плат, что позволяет подстраиваться под уникальные пользовательские требования ввода-вывода и обработки графики.

В ROCK-2 могут быть размещены несколько необходимых для функционирования авионики интерфейсов ввода-вывода, а также платы расширенной обработки видео и графики. Инновационный дизайн, созданный специалистами Mercury, позволяет поставить до 4-х процессоров в качестве расширительных мезонин-модулей на плату 3U VPX. Установка ЦП в такие слоты стандарта XMC упрощает модернизацию, минимизируя повторную сертификацию и общую стоимость жизненного цикла системы. В настоящее время устройства Mercury поддерживают семейства процессоров NXP QorIQ и Intel Core i7. Герметизированное шасси с воздушным радиаторным охлаждением (работающее в температурном диапазоне от –40 до +70°C) не имеет никаких движущихся частей, в том числе охлаждающих вентиляторов. В результате повышается надежность конструкции и значительно улучшаются ее характеристики с точки зрения размера, веса и энергопотребления.

Обработка изображений и сбор данных в режиме реального времени

Уже более двух десятилетий калифорнийская компания Aitech Defense Systems работает в области программного обеспечения с несколькими партнерами, включая Green Hill, LynuxWorks и Wind River, обеспечивая встроенные вычисления в промышленных, аэрокосмических и оборонных сегментах. Как коммерческие, так и военные воздушные суда сегодня нуждаются в более быстрой обработке изображений, являющейся предшественницей машинного зрения, которое, возможно, скоро научит самолеты распознавать ближайшие летательные аппараты для повышения безопасности и предотвращения столкновений. >>>
>>> Основанный на надежном графическом процессорном модуле общего назначения Jetson TX2, представляющим собой одномодульную систему производства NVIDIA, A176 Cyclone от Aitech способен к машинному обучению благодаря библиотеке, созданной NVIDIA. Новый дизайн удвоил производительность предыдущей версии. Этот блок имеет объем 20 кубических дюймов (50,8 кубических сантиметров — прим. ред.), либо 25 кубических дюймов (63,5 кубических сантиметра — прим. ред.) с одним терабайтом полупроводниковой памяти на борту. Он обеспечивает один терафлопс вычислительной мощности с параллельной обработкой данных и несколько аппаратных операций ввода-вывода, а также расширенные возможности ПО, включая стандарты MIL-STD-1553, ARINC 429 и поддержку видеозахвата.

Кроме того, A176 Cyclone имеет внутренний слот для карты microSD, предназначенной для организации сверток данных и их переноса, управления изображениями и данными, обнаружения и распознавания изображений и границ объектов в кадре. Встроенный вычислитель с малым форм-фактором, сконструированный с радиаторным охлаждением и без вентилятора, потребляет менее 10 ватт. Это устройство демонстрирует улучшенную производительность процессора и высокую плотность памяти, а также возможность обработки изображений.

Наряду с функцией машинного обучения для графического модуля Jetson и HD-камеры, блок A176 Cyclone способен осуществлять видеозахват в реальном времени, что применимо на беспилотных летательных аппаратах. Кроме того, в будущем такие устройства могут быть объединены, чтобы сформировать нейронную сеть для обеспечения большей суперкомпьютерной мощности.

«Встроенные технологии расширяют горизонты развития авионики. Перспективное машинное зрение будет намного более мощным, чем то, которое доступно сегодня, — сказал Дуг Паттерсон, вице-президент военно-промышленного и аэрокосмического бизнес-сектора компании Aitech, — Например, широкоугольные и узкоугольные камеры будут оснащены искусственным интеллектом для обнаружения движущихся объектов, таких как человек, пересекающий поле, и разрешение изображений, отснятых HD-камерой, можно будет отрегулировать на пиксельном уровне. Кроме того, подобное обнаружение может быть сделано автоматически без вмешательства оператора». >>>
>>> Открытая архитектура кабины экипажа облегчит будущие обновления

Открытая архитектура кабины экипажа определяет стандарты и интерфейсы, а функциональные приложения могут быть разработаны и развернуты на таких самолетах, как Boeing 787 и Gulfstream G500/600.

Первый такой проект, называемый Common Core System (CCS), был впервые воплощен в жизнь на Boeing 787. В рамках данной архитектуры разные поставщики могут предоставлять подключаемые подсистемы для реализации различных функций. Компания GE Aviation продолжает трудиться над созданием новых модулей для поддержки архитектуры CCS. Эта работа включает в себя глубокое обучение с использованием общих процессорных модулей или программируемых пользователем вентильных матриц. Такой подход типа Plug and Play позволит и дальше улучшать размерные, весовые и энергопотребляющие характеристики оборудования, что повысит рентабельность обновлений.

«Сегодня мы применяем подход открытой платформы к системе авионики, которую мы ввели в эксплуатацию на Boeing 787, построив соответствующим образом архитектуру кабины экипажа», — сказал Алан Каславка, президент по авионике GE Aviation, — Эта открытая архитектура обеспечит сокращение порядка стоимости обновлений, тем самым предоставив возможность регулярной модернизации подсистем».

Важность программного обеспечения

Компания Wind River подчеркивает уникальную конвергенцию между автомобильными и авиационными системами. Из-за требований безопасности авиационная индустрия проложила путь индустрии автономного автомобильного вождения. Но на базе воздушных судов и предназначенной для них авионики нельзя получить такие объемы работ, которые бы привели к существенным инновациям и оправдали инвестиции в массовый выпуск компьютерных систем, необходимых для создания полностью автономной техники, доказавшей с помощью сертификации свою безопасность. Итак, продвигаясь вперед, обе отрасли потенциально могут делиться друг с другом инновационными знаниями.

Автопроизводители и технологические компании прилагают все усилия для совершенствования полностью автономного вождения. Для этого необходим искусственный интеллект, датчики, использующие технологию LIDAR (Light Identification Detection and Ranging, получение и обработка информации об удалённых объектах с помощью активных оптических систем — прим. ред.), радар и камеры, а также связь типа автомобиль-автомобиль. >>>
>>> Есть надежда, что авиационная индустрия будет внедрять аналогичные инновации и в воздушные суда с целью обнаружения и связи их друг с другом, а также с аэропортами.

«Изучая индустрию автономного автомобильного вождения, создатели авионики будут внедрять машинное обучение с лучшими датчиками, такими как LIDAR, и камеры, чтобы получать ранние предупреждения о близлежащих объектах, таких как приближающиеся птицы», — сказал Чип Даунинг, директор аэрокосмического и оборонного бизнес-сектора Wind River. По словам Даунинга, эти решения будут определяться путем партнерского взаимодействия с поставщиками аппаратного и программного обеспечения.

Автономное будущее?

Мы являемся свидетелями сближения автомобильных и авиационных систем, а авионика получит много преимуществ от совершенствования автономного автомобильного вождения. Ожидается, что развитие бортовых суперкомпьютеров приведет в будущем к включению в авионику функций искусственного интеллекта с поддержкой датчиков, сделав воздушные суда готовыми для полностью автономного полета.

Более подробную информацию можно получить на сайте:
http://interactive.aviationtoday.com/avionicsmagazine/
april-may-2018/avionics-supercomputers-of-the-future/
.

Поиск по проекту
Искать!
© 2018 Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем. Все права защищены. Условия использования информации.