TELEDYNE e2v / QorminoⓇ, 무인 항공기 (UAV) 애플리케이션을 위한 프로세싱 솔루션

SWaP 혜택으로 제공되는 성능은 군용 전자장치의 운영 범위를 확대하는 데 큰 영향을 줄 수 있다.

온보드 SDRAM을 갖춘 새롭고 고효율인 소형 멀티 코어 프로세서 모듈이 어떻게 컴퓨팅 성능을 향상시키는지를 알아본다. 이를테면 항공우주 및 방위(A&D)와 UAV의 작전범위 확대 등이 해당한다.

Qormino^®는 작고 강력한 임베디드 컴퓨팅 모듈로써, 여러 군사 애플리케이션에 알맞다. UAV(무인항공기, Unmanned Aerial Vehicles) 또는 드론(drones)에 적용했을 때 특별한 이점을 갖는다.

Qormino^®는 여러 면에서 어필된다. 고속, 저전력 DDR4 SDRAM 메모리와 결합된 초저전력, 64비트 통신지향, 멀티코어 CPU 플랫폼의 매력적인 조합이다. NXP의 QorIQ^® T- 시리즈 프로세서는 확장성, 다중 성능 변형(multiple performance variants) 및 3DMIPS/MHz/코어의 탁월한 벤치마크를 제공한다.

내부적으로 각 코어는 개별 저 지연 캐시(low latency cache)를 구성한다. 이 캐시에는 256kB 후면 L2 캐시와 32kB의 개별 데이터 및 명령어 캐시가 들어 있다. 무게가 가볍고 콤팩트한 폼 팩터 그리고 무엇보다도 7W의 전력소비가 팬이 없는 고밀도 설계를 요구한다.

Qormino^® 소개

Qormino^®의 심장부에 있는 프로세서 아키텍처(그림 1)는 많은 전통적 방위산업 프로그램에서 폭넓게 사용되던 Power PC로 거슬러 올라간다.

이 장치는 통신 패브릭을 관리하는 기능과 함께 데이터 처리량을 가속화하는 혁신 설계로 돼 있으며, 높은 안전성과 견고한 작동을 제공한다.

아래의 그림 2에서 설명하는 광범위한 주변 장치 세트는 레거시 시스템(legacy systems)과의 하위 호환성을 보장한다. 그러나 8개의 5Gbps 지원 Serdes(serializer, deserializer)의 직렬 데이터 레인(serial data lanes)과 현대의 QSGMII 인터페이스 2개와 1000Mbps를 지원하는 최대 6개의 SGMII 인터페이스가 통신 가능성으로 로드된다.

T1020/40 부품은 8포트 기가비트 이더넷 스위치를 통합한다.

Qormino^®의 이점은 긴밀하게 통합된 ‘디자인리스(design-less)’ 로컬 DDR4 메모리 및 전력효율과 결합된 최신 멀티 코어 임베디드 프로세싱의 매력에서 비롯된다.

UAV 운영 역할

UAV는 정보, 감시, 정찰(ISR) 임무를 수행할 때 대량의 정보를 처리한다. 센서 방식으로는 SAR(Synthetic Aperture Radar), 전기광학/적외선 이미징(EO/IR, electro-optical/infrared imaging) 및 텔레메트리(telemetry)와 결합된 지리적 위치가 있다. 신호 인텔리전스(SIGINT, Signals intelligence)는 전통적으로 필요한 계산의 복잡성으로 인해 지상 기반의 활동이었다.

그러나 소스에서 센서 데이터를 해석하는 기능은 향상된 위협 분류 및 결과적으로 UAV 업무의 민첩성을 제공한다. 반도체 통합의 지속적인 발전으로 인해 UAV의 온보드 계산기능을 업그레이드해 임무 준비 및 자율성을 향상시킬 수 있다. Qormino^® 및 강력하고 에너지 효율적인 디자인을 통해 이러한 현실을 실현할 수 있다.

Qormino의 기능은 UAV에 어떤 이점이 있는가?

증가된 실리콘 통합에 의한 SWaP 프로비저닝의 모든 돌파구는 UAV 개발자에게 좋은 뉴스다. UAV의 경우, 기존 성능이 로컬 계산의 제공을 제한한다.

Qormino^®는 확장성 있는 다중 스레드 처리(multiple thread processing) 및 복잡하고 높은 처리량의 통신을 통해 이상적인 저질량·저전력 옵션을, 더 많은 자율성을 갖춘 UAV를 제공한다. 또한 기본 제공되는 안전성과 데이터 무결성 및 시스템 이중화 기능을 통해 운영 효율성을 높일 수 있다.

전산 가속

Qormino^®는 연산 작업을 특정 코어(물리적 및 가상)로 스케줄링 하는 DPAA(Data Path Acceleration Architecture)로 알려진 혁신적인 하드웨어 가속화 기술을 갖고 있다.

이 복잡한 제어 메커니즘은 프로세서 전반에 걸친 데이터 흐름을 유지하고 데이터 버퍼가 미리 로드돼 데이터 혼잡을 방지한다. 다른 중요한 운영 활동 중에서도 지상국과의 강력하고 안전한 통신을 보장하는 데 필요한 온보드 암호화 및 암호 해독 작업을 가속화하는 데 도움이 된다.

신호 처리 성능을 향상시키는 AltiVec 기술도 존재한다. AltiVec은 병렬 시스템에서 프로세싱을 향상시키기 위해 설계된 단일 명령어 및 다중 데이터(SIMD) 명령어 그룹이다. AltiVec 명령어는 공간(3D) 정보를 계산할 때와 같이 벡터 매개 변수의 효율적이고 복잡한 알고리즘 조작을 가능하게 한다. 이는 레이더 및 이미지 처리 작업 때 특히 유용하다. AltiVec은 기존의 수치 계산 방식에 비해 10배의 개선효과를 제공한다.

가상화 지원

Qormino^®는 여러 운영체제를 동시에 호스팅할 수 있는 하드웨어 지원 가상화(hardware-assisted virtualization)를 제공한다.

e5500 코어는 여러 가상 머신(VM, virtual machines)의 작동을 용이하게 하는, 하이퍼바이저(hypervisor)라고 부르는 추가 코어 권한 레벨을 제공한다. Qormino^®의 가상화 소프트웨어에는 커널 기반 가상 시스템(KVM), Linux^®OS 컨테이너, 프리스케일 하이퍼바이저(Freescale hypervisor) 등이 있다.

이 기능을 사용하면 특정 프로젝트의 요구 사항에 맞게 여러 코어 및 다중 프로세서 설계를 간편하게 확장할 수 있다. 또한 이 기능을 통해 프로세서 파티션이 시행되고 격리돼 시스템 중복(system redundancy) 제공에 도움이 된다.

신뢰 및 보안 기능

신뢰할 수 있는 군사용 보안 인프라는 Qormino^®에서 사용할 수 있다. 프로세서 보안 접근 방식의 핵심은 인증된 부팅 코드만 실행될 수 있다는 뜻이다.

여기에는 보안 부팅뿐만 아니라 보안 실행 시간 작업 역시 중요하다. 임의 변경 탐지 기능 및 장치 별 키 관리기능(device specific key management)을 통해 사용 가능한 신뢰할 수 있는 보안 시스템을 완성할 수 있다.

Qormino^®는 강력한 독립성을 유지하면서, 악의적인 공격에 영향 받지 않고 높은 보안 및 비밀스러운 운영 환경에 자신 있게 사용할 수 있다.

고급 상호연결 옵션

QorIQ^® 프로세서가 기업 인프라에 널리 사용되는 것과 동일한, 강력한 통신 기능을 통해 통합된 군용 인터페이스 옵션이 충분히 있다. Qormino^®는 높은 데이터 대역폭을 지원하며 시스템 백플레인 및 고성능 주변 장치와의 연결을 단순화한다. 초고속 링크를 용이하게 하기 위해 고속·양방향 직렬 데이터 레인 8개가 준비돼 있다. 이러한 링크는 별도의 두 개의 PLL로 클럭될 수 있으며 레인을 가로 질러 독립적인 데이터 속도를 수용한다.

Qormino^®는 외부 ASIC 및 FPGA와 쉽게 쌍을 이룬다. 4개의 v2.0 PCI Express 컨트롤러가 준비됐기 때문이다. 또한 듀얼 SATA, 듀얼 USB 2.0, 듀얼 I2Cand 쿼드 UART를 포함한 다수의 레거시 인터페이스가 지원된다. ARINC 429와 같은 조력 인터페이스도 수용할 수 있다. 따라서 Qormino^®는 완벽한 전기 시스템 재설계를 강요하지 않고도 빠른 시스템 업그레이드 경로로 배치될 수 있으므로 개발자가 운영 프로파일 변경에 신속하게 대응할 수 있다.

견고성과 지속성 고려

Qormino는 몇 가지 견고성을 제공한다. 산업용(-40~110°C) 및 군용(-55~125°C)의 두 가지 작동 온도 범위가 지원된다. 로컬 및 확장 메모리와 상호 작용하는 기능 블록은 패리티 및 ECC(오류 수정 코드)를 사용한다. 이 기능은 SEU(Single Event Upset)로 인한 데이터 비트 오류를 ​​방지한다.

QorIQ^® 전원 Qormino^® 시리즈 사용으로 덜 분명한 이점은, 병역과 폭 넓은 설치인증 소프트웨어 기반의 긴 혈통이다. 하이브리드 32비트 운영모드를 통해 Qormino는 레거시 코드와 잘 작동한다. 상당한 가치가 인증코드에 묶일 수 있으므로 이러한 호환성은 투자를 보호하고 출시 기간을 단축시킨다.

마지막으로, Teledyne e2v의 SLiMTM(Semiconductor Lifecycle Management)은 장기적인 제품 가용성을 보장하기 위해 고안된 프로그램으로 고객을 지원하는 데 중점을 둔다. SLiM ™은 최대 15년 동안 부품 공급을 제공하므로 위험을 줄이고 개발 투자를 보호할 수 있다.

Qormino^® 가용성

모듈은 다양한 고급 군용 및 산업용 애플리케이션에 적합하도록 4GB(이상) DDR4 SDRAM을 갖춘 다양한 NXP QorIQ^® 프로세서를 지원한다. 최신 제품군은 T1020 및 T1040 프로세서를 사용한다.

탁월한 유연성

Qormino^®는 군용 애플리케이션을 위한 새로운 유형의 프로세싱 솔루션을 제공한다. 온보드 DDR4 SDRAM 메모리를 포함한 메모리 관리 모듈은 임베디드 프로세싱 및 공급체인의 전자설계를 상당히 단순화한다.

이 모듈은 배치 가능한 멀티 코어 QorIQ^® 기반의 솔루션으로, 대량의 저전력 소형 모듈로 제공되는 광범위한 통신 및 번호 처리(number crunching) 기능을 제공한다(공간이 프리미엄인 곳에서 사용하기에 이상적). 큰 SWaP 펀치를 포장하고 확장성을 통해 해결책을 제시하며, 전력 수요에 대한 엄격한 제어를 유지하면서 더 큰 펀치를 포장한다.

견고성과 신뢰할 수 있는 안전한 하드웨어 기능을 통해 Qormino^®모듈은 미션 크리티컬 환경에서 확장된 운영 프로파일을 제공할 수 있다. Qormino^®는 UAV의 정교함과 자율성을 높이고 복잡한 ISR 임무의 경제성을 변화시킬 것이다.

자료 제공 : TELEDYNE e2v(www.e2v.com/Qormino)