Multicore-DSPs
Energieeffiziente Lösung für UAVs
Die Bedeutung unbemannter Luftfahrzeuge (Unmanned Aerial Vehicle – UAV) in militärischen und kommerziellen Anwendungen nimmt zu. Abgesehen von Aufklärungs und Kampfeinsätzen dienen diese Drohnen auch zur Brandbekämpfung und versorgen Truppen im Feld mit Nachschub und Munition. In den letzten zehn Jahren sind die UAVs dem Laborstadium entwachsen und haben sich zu praxiserprobten Technologien entwickelt. In einer aktuellen Studie der Teal Group wird geschätzt, dass sich die Gesamtausgaben für UAVs in den kommenden zehn Jahren verdoppeln werden, nämlich von jährlich 5,9Mrd. US-Dollar auf 11,3Mrd. US-Dollar. Insgesamt würden in den kommenden zehn Jahren über 94Mrd. US-Dollar für Drohnen ausgegeben, heißt es weiter.
Abgesehen von den Kosteneinsparungen durch unbemannte Flüge bieten UAVs auch Vorteile für die Aufklärung und Überwachung in Echtzeit. Vor allem aber sinkt das Sicherheitsrisiko für Piloten und Begleitpersonal, mit denen solche Flüge sonst durchgeführt werden müssten. Da Drohnen außerdem präzisere, zielgenauere Angriffe ermöglichen, tragen sie dazu bei, die Zahl der zivilen Opfer zu verringern. Die ununterbrochen aktive Sensorik der UAVs macht es nicht zuletzt einfacher, Anschuldigungen wegen unangemessener militärischer Aktionen zu widerlegen. Da Drohnen zunehmend mit hyperspektralen Imaging-Systemen ausgestattet werden, besitzen sie auch die Fähigkeit, biologische und chemische Kampfmittel zu erkennen.
Automatisierte Flugverkehrsmanagement-Systeme
Da eine steigende Zahl bemannter Luftfahrzeuge durch UAVs ersetzt wird, erwartet man von diesen Flugkörpern auch zunehmend die Fähigkeit zur Nutzung automatisierter Flugverkehrsmanagement-Systeme sowie automatisierter Navigations und Landesysteme unter Einhaltung der jeweiligen Flugverfahren. Hieraus resultiert ein wachsender Bedarf an Verarbeitungsleistung, während das verfügbare Energiebudget gleich bleibt oder gar schrumpft. Während das Interesse an kreditkartengroßen Leiterplattenformaten und Rechnerplattformen steigt, gibt es keinerlei Anzeichen dafür, dass die Forderungen nach einem möglichst geringen Energieverbrauch je gelockert werden könnten. Energieeffiziente, per Software programmierbare Multicore-DSPs (digitale Signalprozessoren) werden entscheidend dazu beitragen, dass Lösungen für diesen schwierigen Spagat zwischen minimalem Stromverbrauch und maximaler Performance gefunden werden können. Multicore-DSPs gibt es schon seit geraumer Zeit, aber erst neuere Fortschritte ermöglichten ihre Weiterentwicklung zu SoCs, die einen echten Performance-Schub erzielen, ohne den bestehenden Vorteil der Energieeffizienz aus dem Auge zu verlieren. In UAVs sind Multicore-DSPs von entscheidender Bedeutung für das Erfassen und Aufbereiten von Daten aus Sensoren unterschiedlichster Art sowie für die Aufrechterhaltung einer sicheren Kommunikation mit der Bodenstation. UAV-Entwickler streben, speziell wenn es um militärische Anwendungen geht, stets nach der Entwicklung von Einheiten, die längere Einsätze ermöglichen und bei gesteigertem Funktionsumfang weniger Brennstoff verbrauchen. Hieraus resultieren äußerst eng gesteckte Vorgaben bezüglich der Abmessungen, des Gewichts, des Stromverbrauchs und der Kosten (Size, Weight, Power, Cost – kurz: SWaP-C). Schließlich verlangen die Einsatzverhältnisse im Feld, dass UAVs eine geradezu unglaubliche Zahl von Subsystemen integrieren – von Sensoren über Mission-Computer-Systeme und Funk-Kommunikation bis hin zu den Navigationssystemen. Die beengten Platzverhältnisse und die kleinen Abmessungen sorgen zusammen mit den kleineren modularen Gehäusen dafür, dass die Leistungsaufnahme zu einem besonders drängenden Problem wird, beträgt das Verlustleistungs-Budget einiger kleinerer Systeme doch nicht einmal 200W. Man löst dieses Dilemma mittlerweile mit großen integrierten Energieerzeugungssystemen, setzt exotische Werkstoffe ein und bedient sich wärmesammelnder und wärmeabweisender Technologien, um mit der anfallenden Verlustwärme fertig zu werden.
Energieeffiziente Multicore-DSPs
Der Einsatz energieeffizienter Multicore-DSPs stellt weniger eine kurzfristige Problemlösung dar, sondern ist eher geeignet, die Abhängigkeit von großen eingebauten Energieerzeugungs-Systemen zu verringern. Gleichzeitig kann man auf teure Kühlkörper und andere wärmeableitende Materialien verzichten, sodass solche Systeme ein höchst attraktives SWaP-C-Profil bekommen. Ein Beispiel hierfür sind jene PCIe-Boards (PCI Express) halber Länge (d.h. mit Abmessungen unter 5 x 7 Zoll), die auf eine Performance von 500 GFLOPS oder mehr kommen und dennoch insgesamt nur 54W Leistung aufnehmen. Immer mehr UAVs werden mit einer Vielzahl von Sensoren bestückt, die enorme Mengen an Rohdaten generieren. Im sichtbaren und infraroten Bereich arbeitende Bildaufnehmer im Verbund mit Full-Motion-Video liefern viele Stunden Film. In vielen Fällen besteht ein wachsender Bedarf an HD-Video und Bildmaterial, das dank seiner höheren Auflösung mehr Details wiedergibt. Die Verfügbarkeit von CMOS-Kameras, die einerseits immer kostengünstiger werden und andererseits immer bessere Eigenschaften bieten, macht es möglich, ein UAV mit 10 bis 100 Kameras zu bestücken, wobei das Auflösungsvermögen der einzelnen Kameras bis zu mehreren hundert Megabyte betragen kann. Ist das Bild einmal erfasst, muss das System noch an Bord des UAV die Bildstabilisierung und kompression vornehmen. Erfolgt zusätzlich noch in der Luft die Weiterverarbeitung des Bilds, schließen sich die Bildverbesserung und -analyse als nächste Schritte an. Anwendungen mit einem hohen Aufkommen an Signalverarbeitungs-Aufgaben mit hohen Datenraten sind das Gebiet, auf dem Multicore-DSPs ihre Stärken besonders ausspielen können. Neben der Bildstabilisierung gehören die Rausch-reduzierung, die Bildverbesserung und die Bildwiederherstellung zu diesen Aufgaben.
