MISH TECH JOURNAL（ミッシュ・テックジャーナル）は、最新の情報をいち早くお届けする技術情報誌です。

2023
SummerVol.

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16

https://www.mish.co.jp

CONTENTS

電力網の部分放電検出を可能にする

P.2-5
イントロダクション
部分放電とその監視が必要な理由
部分放電を検出して位置を特定する方法
UHF 取得システム検出性能の鍵
Teledyne SP Devices – デジタイザ / 取得ボード
Teledyne e2v – A/D コンバータ
まとめ

デジタイザとAWGを使用したクローズドループテスト

P.6-8

高速デジタイザを使用したレーダ信号の取得と解析

P.9-12

耐環境エレクトロニクスの冷却

P.13-16

はじめに
対象アプリケーション
技術的背景
Windows PC ベースのテスト結果
Linux PC ベースのテスト結果
GPU ベースのテスト結果（Linux）
GPU ベースのテスト結果（Windows）
まとめ
はじめに
レーダパルス変調信号
SBench 6 GUI ソフトウェア
パルス圧縮
位相変調
復調プログラム
マルチ取得モード
まとめ‘23夏号特集PARTIAL DISCHARGE
電力網の部分放電検出を可能にする

冷却コンセプト
熱設計の基本伝導冷却（コンダクションクール）
伝導冷却熱解析
２つの表面間の熱伝導率
空冷アクティブ強制空冷エンクロージャ
パッシブ空冷エンクロージャ
インストールオプションと例
まとめ

P.17-21
はじめに
VME の重要性
VPX の台頭
フォームファクタの類似性を示す 6U VME と 6U VPX の比較
VME の実行可能性を維持するプログラム寿命全体を考慮する
20 年にわたる Abaco 社の PowerXtreme ロードマップ
長く使える設計
陳腐化管理戦略
最先端の製品
まとめ

VMEフォーエバー︕

新製品ピックアップ
企画・編集・発行/株式会社ミッシュインターナショナル〒190−0004 東京都立川市柏町4−56−1 グローバルビル
TEL：042−538−7650 Email：sales@mish.co.jp

P.22-23
Alpha Data 社製 ADM-VA600 Versal AI コア搭載評価プラットフォーム
Extreme Engineering 社製 XCalibur4840 CPU ボード
Extreme Engineering 社製 Xpedite7750 CPU ボード
Galleon 社製 XSR 100GbE Recorder 100GbE データレコーダ
Abaco 社製 GVC1001 耐環境 AI コンピュータ

MISH Tech Journal 2023 SUMMERSPECIAL FEATURE
テクノロジ

部 分 放 電（Partial Discharge）と は、電気機器（ケーブル、開閉装置、回路遮

電力網の部分放電検出を可能にする

断器など）の絶縁層で発生する放電の事を言います。電気が必要不可欠な今の時代、電力配電網の劣化による電力供給

PD 検出可能低感度
環境の影響を受けやすい

VHF (Very-High Frequency)
UHF (Ultra-High Frequency)

高感度
PD 検出可能低ノイズ・ノイズ緩和可能

電磁波の影響を受けやすい

化学

高感度

連続モニターに適さない
PD の症状との相関関係が不確実

光学

高感度
PD 検出可能電磁波及び音響ノイズに耐性がある

不透明な材質に適さない（例：ほとんどの液体や固体）

たとえば、 10 ～ 90% の立ち上がり時
間 が 1ns の 場 合、 パ ル ス の 帯 域 幅 は350MHz であり、 正確に取得するための
ADC の -3dB アナログ入力帯域幅は 1.75
～ 3.5GHz である必要があります。
システムが異なれば要件も異なり、 より高い ADC 帯域幅のニーズも異なることに注意してください。 一般的に言えば、 機器から取得したい情報が多ければ多いほど、パルスキャプチャの精度が高くなるため、

表 1．主な部分放電検出技術の概要

必要な帯域幅が高くなります。 逆に、 機検出を可能にするための方法について紹介します。

イントロダクション

難点

音響・超音波

の中断は社会インフラに重要な影響を及ぼします。ここでは、その部分放電の優位性

換技術は影響が発生している場所とそのトの 1 つは、 センサー出力をホスト PC で器の目的が部分放電が発生したかどうか

脅威の程度をよりよく理解することにつな処理するため、 アナログ信号をデジタルスを識別することだけである場合は、 パルス

がります。

トリームに変換するADC (A/Dコンバータ)

周波数の 2 ～ 3 倍の低い帯域幅で十分部分放電の位置特定は複数の手法でです。 部分放電のインパルスの性質により、です。

の監視は特に地下セクションにとって魅力行うことができます。 それぞれに複数のセ

それらの UHF コンポーネントは 1ns 未満

● 分解能

的です。

ンシングチャネルが必要であり、 各チャネの過渡時間に達する可能性があります。

これは、 垂直 ( 電圧 ) 分解能とも言われ

20 世紀の今、 電気はどこにでもあり日ルでキャプチャされたパルスのさまざまなパルスを正確にキャプチャするには、 ADCます。 各サンプルの値がどれほど正確で常生活に欠かせないものになりました。 当パラメータを比較して位置を特定します。

の複数のパラメータを考慮する必要がありあるかを示します。 分解能が高いほど、 変然のことながら、 今日の電力需要をサポー

部分放電を検出して位置を特定する方法

ほとんどのソリューションでは、 最低 4 つます ：換の精度が向上します。 たとえば、10 ビッのセンシングチャネルが必要であり、 部分● -3dB アナログ入力帯域幅

トの分解能を持つ ADC は、 フルスケール

部分放電を検出するためのテクノロジは放電の位置は 1 メートル以下の精度で特トするために構築された送電網は非常に複雑で、 古いシステムの保守または交換、
古い設備と新しいグリーン発電ソリュー

図 1．部分放電（Partial Discharge）の発生

複数存在し、 それぞれに独自の利点、 課
題、 および利用用途があります。

ションとのインターフェイス、 変動するエネ

パルス周波数を正確に捕捉するには、をカバーする 1024 (210) の値に対応しま

ADC 帯域幅を十分に高くする必要がありす。 フルスケールを 1V と仮定すると、 各最も顕著な技術は三辺測量です。 部ます。 パルス周波数が ADC 帯域幅よりもステップは 977µV に対応し、 理想的な定できます。

ルギー需要のサポートと対応、 エネルギー

部分放電は、 高電圧が循環し、 ある種

ここでは、 短いパルスをキャプチャし正確

分放電から検出チャネル位置 ( 飛行時間 )高い場合、 パルス情報の一部がシステム

ADC では、 入力信号がサンプリングされ、の長距離輸送、 混雑したエリアとスタンの絶縁体 ( 固体、 液体、 空気 ) に囲まれてに検出するために、 高速検出システムを必までのパルスの伝播は、 その距離に関連に よ っ て 除 外 さ れ ま す。

経 験 則 で は、+/-488µV 以内の垂直誤差で変換されま

ダード、 全体的な顧客満足の保証などのいる配電網の様々な部分で発生する可能要とする超高周波 (UHF) に焦点を当ててしています。 異なる検出チャネル間でパル

ADC 帯域幅をパルスの最高周波数成分

す。 このことから、 分解能を 2 ビット増や問題に対処しています。 このように、 サー性があります。 局所的で反復的な特性にいます。 部分放電を検出するためのさまざ

スの相対到着時間を比較することにより、の 5 倍または 10 倍にして、 適切な精度

すと精度が 4 倍になることも理解する必要

ビスの中断は過去数十年にわたって大きより、 時間の経過とともに形成され、 変圧

まなテクノロジの概要を表 1 に示します。

部分放電の位置を一般に約 1 メートル以で捕捉します。 パルス過渡時間を周波数があります (212 = 4096)。 フルスケール

な注目を集めており、 設備内の複雑さを器、 電源ケーブル、 およびケーブル接続部

ただし、 以下で説明するすべてのテクノロジ

下の精度で推測できます。

に変換するには、 次の式を使用できます。

を大きくしてより大きなパルスキャプチャを監視、 予測、 および防止するための研究をの絶縁破壊を引き起こします。 材料の交がすべてのタイプの機器に適しているわけ

別の手法は、 さまざまなセンシングチャ

推進してきました。 このような問題を検出換につながる将来的な故障の良い指標とではないことに注意してください。 たとえば、

ネルによってキャプチャされた信号強度をするために、 物理現象の 1 つである部分なるため、 ユーザへの影響を最小限に抑UHF および光学技術は、 Gas Insulated

考慮することに基づいています。 信号強度

放電 (Partial Discharge) 検出が使用さ

えて送電網の局所的な中断を通じて早期(GIS) EHV (Extra-High Voltage) 変圧器

は、 部分放電と検出チャネル間の距離にれてきました。

の検出と予防的な交換を計画できるようににより適しています。 さらに、 複数の手法相関します。 このように、 異なるセンシン

Bp はパルスの帯域幅、 Tr はパルスの与えます。 したがって、 ノイズの影響が含するために監視するのに役立つ効果です。

を使用して、 監視システム全体のパフォー

グチャネル間でキャプチャされた信号強度

10 ～ 90% の立ち上がり / 立ち下がり時まれているため、 垂直分解能を見るときはマンスを向上させることができます。

を比較することで、 部分放電イベントを正間です。 この式は、RC ローパスフィルター

ENOB ( 有効ビット数 ) を考慮することをお確に特定できます。

応答に基づいており、 パルスをキャプチャ

勧めします。 繰り返しますが、システムター

ここでは、 部分放電検出の概念とそれを有効にすると、 電圧分解能が低下します

Bp = 0.35
Trが、 垂直分解能は理論上の性能を示すことに注意してください。 実際には、 さまざ
まな種類のノイズが ADC の性能に影響をキャプチャするために使用されるさまざま

今日、 最新のケーブル製造プロセスはな技術について簡単に紹介し、 超高周波

高度な技術で確立されており、 また欠陥原則として、 UHF 部分放電検出器は生(UHF) システム、 特にそのデータ収集シスのある機器はほとんど製造されず、 通常設成された短い放電パルス ( 通常、 持続時するために必要な帯域幅を推定する簡単

ゲットは ENOB の要件を駆動します。 一

テムに焦点を当て、 システムの構築に適し置段階に達する前に検出されて廃棄され間は数ナノ秒 ) を監視しています。 パルス

な方法です。

般に、 ENOB が高いほど処理が複雑になたデータ取得ソリューションを紹介します。

ます。 したがって、 部分放電によって引き時間が短いため、 放電信号は DC から数起こされる最も重大な問題は、 接続部とGHz までの周波数範囲に及びます。 信号

付属品で発生します。

部分放電とその監視が必要な理由

UHF 取得システムが検出性能の鍵の UHF 部分を使用すると、 複数の利点が取得システムの目的は、 部分放電情報

前述のように、 あらゆるタイプの送電網得られます。 この周波数帯域は、 干渉のを表す部分放電センサーのアナログ出力

で部分放電を監視することは保守計画に影響を受けにくいまたは軽減しやすくなっを正確にキャプチャすることです。 シグナ

部分放電は、 電気機器 ( ケーブル、 開

利点をもたらします。 さらに、 部分放電のています。 さらに、 最新の UHF センサーとル ・ コンディショニングのステップの後、 ア

閉装置、 回路遮断器など ) の絶縁層で発位置を特定できるため、 問題を迅速に発データ変換技術により高感度を提供します。

ナログ信号はデジタル信号に変換され、生する放電現象です。 それは、 2 つの導見して解決することができます。 例えば、

電端子間の空間を完全に橋渡ししないた

地中に埋設されている送電網の場合、 道UHF 検出システムにより、 位置精度が

め、 部分的 (Partial) と呼ばれます。

路の掘削には多大なコストがかかり道路向上しデフォルトのパターン認識が可能に閉鎖などの影響が生じるため、 部分放電なります。 電力網の監視の場合、 この変

2

MISH International Co., Ltd.

部分放電が発生したかどうか、 その場所、およびその他の関心のあるパラメータ識別するために処理されます。
取得システムで最も重要なコンポーネン

図 2．UHF 取得システムのブロックダイアグラム

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3

MISH Tech Journal 2023 SUMMERMISH Tech Journal 2023 SUMMER

り、 部分放電パルスからより詳細な情報を最初の段階である ADC とのインターフェイ

1.Teledyne SP Devices 社 は、 信 号 のとシャーシ間の同期をサポートし、 より広抽出できます。

スを実行し、 処理されたデータをホスト PC

キャプチャと処理をサポートする完全ない領域でより複雑な検出システムを促進し● サンプリング速度

Teledyne e2v - A/D コンバータ

がり時間が約 250ps までの信号の測定をサポートできます。

に転送します。 ここでは、 部分放電が検出

ハ ー ド ウ ェ ア ソ リ ュ ー シ ョ ン に ADC とます。 また、 1GSps サンプリングレートのフランスを拠点とする Teledyne e2v 社

この測定セットアップは最適化されていこれは、 水平 ( 時間 ) 分解能とも言われされたときにアクションを実行する必要が

FPGA を 統 合 す る 高 性 能 デ ー タ 収 集

8チャネルバージョンも利用可能です

は、 過去 25 年間、 高速データコンバータ

ないことに注意してください。 特に AC カッます。 これは、 ADC が 1 秒間にキャプチャあるかどうかを判断するために、 データに

ボード ( デジタイザ ) を開発しています。

(ADQ8-8C)。

を 開 発 し て お り、 高 速 ク ワ ッ ド チ ャ ネ ル

プリングコンデンサがテストハードウェアにするサンプル数を示します。 サンプリング

追加の後処理、 保存、 および変換すること

これらのデジタイザは、 センサーをホス

ADQ14 は ADQ8 よりも分解能が高い

ADC 技術で市場をリードしてきました。

存在するため、 立ち上がり時間と立ち下がレートが高いほど連続するサンプル間の時ができます。 これらは、 並列処理機能と高ト PC と直接接続でき、 強力なファーム

ため、 より正確なパルス測定が可能です。

EV10AQ190 と EV12AQ60x は ど ち ら

り時間が低下します。 したがって、 ハード

間が短くなり、 パルスのタイミング精度が度なインターフェイスオプションにより、 こ

ウェア機能とソフトウェアソリューションをシングル、 デュアル、 およびクワッドチャン

も、 それぞれ最大 1.25GSps と 1.6GSps

ウェアが高速パルスのキャプチャ用に最適

高くなります。 理論的には、 特定のパルスの役割に特に適しています。

備えています。 そのため、 製品設計をネル構成で利用でき、 後者は部分放電効のクワッドチャネル機能を提供します。 し化されている場合、 図 3 に示す結果よりもを復元するために必要な最小サンプリング

さ ら に、 高 速 ADC が 生 成 す る 大 量 の加速することで部分放電検出装置にさ果を局所化または定量化したいシステム

たがって、 部分放電の局所化を目的とす

優れたパフォーマンスが期待されます。

速 度 は、「ナ イ キ ス ト の 定 理」 に 従 っ て

データに対応できます。 たとえば、 2GSps

らなるメリットをもたらし、 市場投入までに適しています。

る機器は、 単一の ADC コンポーネントで2*Bp です。 前述の 350MHz のパルス帯で動作する 4 チャネルの 10 ビット ADC は、の時間を短縮し、 プロジェクトレベルで域幅の 例 で は 700MSps の ADC で 十 分

80Gbps または 10GB/s の生データを生めに、 ADQ7DC はより少ないチャネルを

さらに、 1 つのコンポーネントで 4 チャネ

ずらした並列データキャプチャパスを使用です。 ここでも、 機器の目的によりこれら成します。 FPGA は、ADC とのインターフェ

2.Teledyne e2v 社は、 高速アナログデジ

提供しますが、 最大 10GSps の大幅に高ルを使用すると、 2 つのデバイスに 4 チャネ

してダイナミックレンジを拡張することがでの要件は変わります。 部分放電の位置、イス、 すべてのデータの復元、 リアルタイム

タルコンバータを開発しています。 これ

速なサンプリング速度により、 高性能で高ルを使用する場合に比べてチャネル間のきます。 これにより、 測定される信号の動部分放電エネルギー、 またはエネルギーでの第 1 レベルの処理 ( デジタルフィルタ、らの ADC は、 部分放電検出装置に素帯域幅の機器を実現します。 これら 3 つ

変動が少なくなり、 捕捉された部分放電的性能を向上させると同時に、 4 つのチャパターンなど、 より複雑な情報をパルスか

非線形ノイズ抑制、 デジタルベースライン

晴らしい利点をもたらし、 性能を低下さのデジタイザにはすべて、 一般的な取得お間の相関が向上し、 三辺測量がより正確

ネルを 1 つのデバイスに搭載することで、ら抽出する必要がある場合はより高速な安定化など ) の適用、 続いて複雑なトリせることなくコストとサイズの最適化によびトリガー機能から、 ユーザがオンボーになります。 EV12AQ60xはEV10AQ190

チャネル間のミスマッチ ( オフセット、 ゲイ

サンプリングが必要になる場合があります。

ガーをベースに有用なデータの選択を行

重点を置いた装置を実現します。 これら

ド FPGA 内にカスタムアルゴリズムを実装

を進化させたもので次の利点があります ：ン、 位相 ) や反射につながるインピーダン● チャネル数

うことができます。 場合によっては、 ホストの詳細については次のセクションで説明できるファームウェア開発キットオプション● 分解能が 10bit から 12bit に向上し測

スのミスマッチなどの不要な影響を低減でします。

まで、 さまざまなファームウェアオプションのリスクを低減します。

最後に、 究極のパフォーマンスを得るた

それを実現できます。

これは単に利用可能な取得チャネルのPC に転送する必要があるデータ量をさら数です。 部分放電システムの複数チャネに削減するために、 FPGA で第 2 レベルのルの主な利点は、 4 つのチャネルが使用

処理 ( パルス解析など ) が追加で実行さソ フ ト ウ ェ ア は、 Digitizer Studio GUI

可能な場合に、 三辺測量によって位置をれます。 別の方法として、 この第 2 レベル● 変電所全体をカバーする複雑なシステ特定できることです。 さらに、より多くのチャの処理をホスト PC で実行することもできま

Teledyne SP Devices - デジタイザ/取得ボード

により、 データの設定、 取得、 表示、 分析、保存が容易になります。 API とサンプル

ムにとって重要な、 複数のコンポーネン

ネルを使用すると、 同時測定が可能になす。

スウェーデンを拠点とする Teledyne SP

コードを提供し、 より複雑なシステムや専ト間のより優れた同期機能
さらに、 バイポーラおよび BiCMOS テクノを提供します。

定精度が向上しました● FPGA とのインターフェイスを容易にする

シリアルインターフェイスを採用

り、 たとえば、 変電所の制御棟ですべての取得システムのこれら 2 つの主要コン

devices 社は、 過去 15 年間、 お客様が特用システムの要件に合わせてソフトウェア

部分放電結果を収集したり、 リモート監視

ポーネントは、 アナログ信号を調整するフ定の利用用途に合わせてデジタイザを最を構築できます。

のために情報を転送したりするために、 大ロントエンド、 より大きなデータストレージ適化できる柔軟性を備えた高速ソリュー

規模なシステムに役立つ可能性がありまをサポートするオンボードメモリ、 ホスト PC

ションに重点を置いて高速デジタイザを開す。

への特定のインターフェイス、 および図 2

発してきました。 特に表 2 にまとめた 3 つです。 これは、 デジタイザとホスト PC の間

プチャを実現します。 図 3 に EV12AQ60xに示すソリューションをサポートするためにのデジタイザは、 UHF 部分放電検出器にに完全な電気的絶縁を提供するため、 変での測定結果を示します。

必要な電源で構成されるエコシステムで適したソリューションを提供します。

取得システムのもう 1 つの重要な要素
は、 ADC とインターフェイスする信号処理構成されます。

デバイスごとに 4 つのチャネルを使用できることも興味深い点であり、 減衰設定をきます。 また必要に応じて、 このアーキテ
クチャを複数の ADC に拡張して動的性能をさらに向上させることもできます。

まとめ

ロジの選択により、 これらの ADC は非常に増え続けるエネルギー消費に対処する

さらに、 ADQ14 と ADQ7DC はどちらも高速な立ち上がり、 立ち下がり、 およびセト

ために、 送電網は発電 ・ 蓄電、 送電能力

10GbE Box フォームファクタで利用可能

リング時間を提供し、 より正確なパルスキャの両方を更新し続けています。
これらの複雑な設備を監視することは、送電網の信頼性を向上させ障害による中電所などの過酷な環境で利点となります。

表の値は、 入力信号の性能による影響

断を回避するために最も重要です。 ここで表に見られるように、 ADQ8-4X はコン

光ファイバ接続は、 PC とデジタイザ間の距が取り除かれ、 ADC の性能のみが考慮さ説明したように、 UHF 部分放電検出は実ユニットです。 ほとんどの場合、 その役割

Teledyne 社は、 部分放電装置メーカー

パクトなサイズと多数のチャンネル数を備

離を長くできることを意味します。 これは、れているため、 ADC の実際の性能を示して行可能なソリューションであり、 補足技術

は FPGA (Field-Programmable Gateに適した 2 種類のソリューションを提供しえたコスト最適化ソリューションを提供しま

複数の測定ポイントが広い範囲に分散しいます。 この高性能により、 EV12AQ60xと統合することで部分放電関連の問題のArray) が担っています。 FPGA は処理のます。

す。 また、 200ps の精度で複数のボードている大規模な施設に適しています。

は正確な精度で立ち上がり時間と立ち下検出と防止が可能になります。 さらに、
Teledyne SP Devices お よ び Teledyne

型番サンプリング速度 チャンネル数

分解能

立上 / 立下時間(10/90%)

入力レンジ

フォームファクタ

オンボードメモリ

ADQ8-4X

2/4 Gsps

4/2

10~350ps0.25, 0.5, 1, 2, 5 Vpp

PXIe

1GB

ADQ14

0.5/1/2 Gsps

1-4

14

~300ps0.25, 0.5, 1, 2, 5 Vpp

USB, PCIe, PXIe,
10Gbe, MTCA.4

2GB

ADQ7DC

5/10 Gsps

2/1

14~120ps

1 VppUSB, PCIe, PXIe,
10GbE, MTCA.4

4GB

e2v は、 ハードウェアまたはコンポーネント
レベルのいずれかで高速取得システムの要件に適合する COTS 製品を提供し、 お客様が高性能の UHF 部分放電検出装置を設計できるようにサポートします。
------------------------------------------------リファレンスドキュメント ：Teledyne SP Devices: High-speed acquisition
solution enabling electrical grid monitoring
through UHF partial discharge detection

表 2．UHF 部分放電システムに適した Teledyne SP Devices 社のデジタイザ製品

4

MISH International Co., Ltd.

図 3．EV12AQ600 のパルス計測結果

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5MISH Tech Journal 2023 SUMMERTEST&MEASUREMENT
費用が追加され、 便利なサードパーティソ
フトウェアツールへのアクセスが制限される場合があります。 多くの場合、Windows

デジタイザとAWGを使用した
クローズドループテスト

汎用のコンピュータを使用して測定を( または Linux) ベースのクローズドループ行う場合、そのハードウェア構成やオペシステムをセットアップすると、 より経済的

レーティングシステムによりデータ取であるだけでなく実装時間も短縮できます。

得プロセスの高速性・安定性が課題とな る こ と が 良 く あ り ま す。 こ こ で はWindows OS と Linux OS による違Windows PC ベースのテスト結果

いや GPU（グラフィック処理ユニット）を使用した場合のレイテンシを計測しその有効性を検証します。

Windows で動作するクローズドループ
タイプのシステムで何が達成できるかを示すために、 Spectrum 製 M4i.4451-x8 デジタイザと M4i.6622-x8 AWG を使用してテストシステムを構成しました。 どちら

はじめに

市場には迅速な意思決定や迅速な変すべての Spectrum 社製品は、 デジタのカードも外部接続されています。 デジタ

更を行うために低レイテンシを必要とするイザに限らず AWG も高速 FIFO モードのイザの基準クロック出力を使用して AWG

ここでは、 汎用 PCIe デジタイザと AWG

さまざまな潜在的なアプリケーションがあ

データ転送用に設計されています。 高速の基準クロック入力を供給してクロック同を使用し、 単純な C++ プログラミングと組ります。 これらのアプリケーションは、 通常、

FIFO モ ー ド は、 ス キ ャ ッ タ ー ギ ャ ザ ー

期を提供し、 デジタイザのトリガ出力を使み合わせて PC ベースのクローズドループ「リアルタイムアプリケーション」という名前

DMA ( ダイレクトメモリアクセス ) プロセス

用して AWG の出力を開始します。

テストを構築した場合、 その性能の違いにで呼ばれています。

を制御する最適化されたドライバに基づい

AWG にはゼロデータがプリロードされこの名前は元々ハードウェアベースのリています。 データ転送に高いスループットており、 デジタイザデータを取得するまでついて説明します。

図 5．Windows PC ベースのシステム構成
サンプリング速度

チャンネル数

FIFO 転送

ソフトウェアバッファ 通知サイズ レイテンシ

500MS/s

1 (14/16bit)

2 x 1GB/s

768kByte

256kByte

790µs

250MS/s

1 (14/16bit)

2 x 500MB/s

360kByte

120kByte

740µs

125MS/s

1 (14/16bit)

2 x 250MB/s

240kByte

80kByte

980µs

62.5MS/s

1 (14/16bit)

2 x 125MB/s

240kByte

60kByte1.97ms500MS/s

2 (14/16bit)

2 x 2GB/s

1.5MByte

256kByte

790µs

250MS/s

4 (14/16bit)

2 x 2GB/s

1.5MByte

256kByte

790µs

Windows および Linux 環境を使用してアルタイムアプリケーションを指していましが要求されると、 常にデータのバッファリン

再生されます。 プリロードされたデータのさまざまな構成でテストしています。 このた。 ここでは、 システムセットアップが外部

グが必要になります。 まず、 高速 DMA は

サイズは、 取得されたデータとループされ記事では、 処理能力を向上させるためにイベントに間に合うように反応することを確

大きなバッファサイズの転送に基づいていたデータの間のレイテンシを定義します。

GPU をテストループに追加した場合のレイ認するために、 定義され保証された応答ます。 これにより、 データ転送と制御コマ

右側のブロック図はセットアップを示していテンシの違いも示します。

時間が必要です。 この例は、 自動車や航ンドのオーバーヘッドの関係が最適化されます。

空宇宙システムに見られます。 ただし、 「リます。 第 2 に、 応答または応答時間の外

アルタイム」という名前は、 「迅速な応答」

部遅延は、 大きなバッファによって補償でWindows 7 Professional を 実 行 す る

125MS/sの同義語としてもよく使用されます。 この

き ま す。 バ ッ フ ァ が 小 さ す ぎ る と、 通 常Spectrum ス ト リ ー ミ ン グ シ ス テ ム

62.5MS/s

ような場合、 興味深い数値は、 入力と出FIFO バッファのオーバーランまたはアン「SPcB6-E6」 でテストが行われました。 表

500MS/s

2 (14/16bit)

2 x 2GB/s

4MByte256kByte

2.1ms

力 ( または決定と応答 ) の間のレイ

ダーランが発生し FIFO 転送が停止します。

からわかるように、 ソフトウェアバッファを 3

250MS/s

4 (14/16bit)

2 x 2GB/s

4MByte256kByte

2.1ms

対象アプリケーション

テンシです。 この記事は、 次の対
これらのアプリケーションの古典的なアの通知サイズを変更することで最良の結MISH International Co., Ltd.

チャンネル数

FIFO 転送

500MS/s

1 (14/16bit)

2 x 1GB/s

ソフトウェアバッファ 通知サイズ レイテンシ
2MByte256kByte

2.1ms

250MS/s

1 (14/16bit)

2 x 500MB/s

1MByte128kByte

2.1ms

1 (14/16bit)

2 x 250MB/s

512kByte

64kByte

2.1ms

1 (14/16bit)

2 x 125MB/s

512kByte

32kByte

2.1ms

表 4．Linux PC ベースのテスト結果

プリロードされたデータのサイズは、 取ての人にとって興味深いものです。

プローチは、 リアルタイム応答時間と優先果が得られました。 安定して動作する最度設定が定義されたオペレーティングシス

小の通知サイズは約 64kByte です。 このスとして使用され、 外部デバイス

テムであり、 リアルタイムドライバーとハー

制限はソフトウェアバッファによってサイズ

M4i.4451-x8 デジタイザと M4i.6622-x8を制御するコントローラタイプのドウェアが一致し、 待ち時間が短くなるようを補正する必要がある内部ハードウェア

AWG を使用した 2 番目のテストセットアッ

表 5 のように GPU セットアップを安定し

アプリケーション

GPUベースのテスト結果（Linux）

得されたデータとループされたデータの間のレイテンシを定義します。

に最適化されています ( ※但しこれだけでバッファに起因します。 ここに示されている

プでは、 GPU がシステムに追加されていて実行するには、 より多くのバッファが必要● 意思決定 ： ある種の変更されたは最高のスループットは得られません )。

結果は、 1 分間の実行時間で達成されたます。 繰り返しますが、 両方のカードは、となります。 これは主に、 バックグラウンド

出力を作成することにより、 外部

さらに高速なソリューションは、 ホストシス

最高のパフォーマンスです。

AWG の基準クロック入力に供給するデジ

タスクを補うために Linux 環境自体がよりイベントに反応するテムによる操作なしで完全なプロセスをタイザの基準クロック出力と、 AWG の出力

多くのバッファを必要とするためです。

● 操作ループ ： 信号を取得し、 そハードウェア (FPGA) に実装することです。

を開始するデジタイザのトリガ出力に外部

このテストは、Linux を実行するSpectrumの信号を変更してから再度出力

ただし、 このセットアップは単なるプログラ

ストリーミングシステム 「SPcB6-E6」でテする

ミングであっても、 追加の費用がかかる場

Linux PC ベースのテスト結果接続されています。 この設定では、 GPU
は RDMA を使用してデータを直接送受信

ストが行われました。

合があります。 FPGA プログラミングには

上記と同じ構成セットアップで、 Linux オ

します。 GPU は、 データをデジタイザバッ

特定の知識が必要であり、 ハードウェアに

ペレーティングシステムを使用しました ( 表ファから AWG バッファに操作なしで 1 回だは多くの場合システムの機能とそのデータ

4) 。 この場合、 通知サイズを変更してもレけコピーします。 AWG にはゼロデータが処理能力に制限されることがあります。 同

イテンシは 2.1ms となり、 Windows に比プリロードされており、 取得したデジタイザ

様に、 リアルタイムシステムでは、 リアルタ

べて性能が低下しているのがわかります。

データが GPU から受信されるまで再生さ取得、 分析、 意思決定

6

サンプリング速度● 制御ループ ： 入力が出力のベー● 刺激反応 ： 信号の生成、 反応の

図 4．Xeon サーバに M4i.4451-x8 デジタイザ、
M4i.6622-x8 AWG、Nvidia Quadro
P2000 GPU を実装したテストシステム

つまたは 4 つの部分に分割した DMA 転送

象アプリケーションに関係するすべ

表 3．Windows PC ベースのテスト結果

技術的背景

イムオペレーティングシステムのライセンス

れます。

GPUベースのテスト結果（Windows）
Windows では、 NVIDIA GPU ドライバ
がこの機能をサポートしていないため、 デhttps://www.mish.co.jp

7

MISH Tech Journal 2023 SUMMERTEST&MEASUREMENT
一般的に、 これによりレイテンシが追加され、 オーバーラン / アンダーランのリスクがさらに追加されます。 これは、 ブロックごとに合計 4 つの DMA 転送が実行される

レーダ信号を取得し解析する場合、オシためです。

ロスコープやスペアナなどの測定器を予想どおり、 クローズドループテストシ
ナリオの結果と安定性は最も悪い結果となりました。 DMA 転送を 2 倍にするとレイ
テンシが増加し、 安定性を維持してアンダーランやオーバーランを回避するために、より大きなバッファが必要になります。

高速デジタイザを使用した
レーダ信号の取得と解析使用するのが一般的ですが、高速デジタ
イザ（A/D ボード）を使用することで解析に利用できるソフトウェアや取得時間のメリットがあります。ここではその手法についてご説明します。

まとめ
図 6．Linux PC で GPU ベースのシステム構成
サンプリング速度

チャンネル数

FIFO 転送

ソフトウェアバッファ 通知サイズ レイテンシ

500MS/s

1 (14/16bit)

2 x 1GB/s

2.6MByte

256kByte

2.6ms

250MS/s

1 (14/16bit)

2 x 500MB/s

1.3MByte

128kByte

2.6ms

125MS/s

1 (14/16bit)

2 x 250MB/s

640kByte

64kByte

2.6ms

62.5MS/s

1 (14/16bit)

2 x 125MB/s

640kByte

64kByte

2.6ms

500MS/s

2 (14/16bit)

2 x 2GB/s

5.1MByte

256kByte

2.6ms

250MS/s

4 (14/16bit)

2 x 2GB/s

5.1MByte

256kByte

2.6ms

表 5．Linux PC で GPU ベースのテスト結果

Spectrum 製ハードウェアは、 高いデー

量を最大化するための特別な取得モード

タスループットを実現するように設計されを提供するこれらのコンパクトな機器は高

図一番上のトレース信号は、 Spectrumています。 つまり、 製品は大きな FIFO バッ

速測定と優れた精度の分析を提供します。

Instrumentation 製 M4i.2234-x8 で 取

ファを使用します。 そのため、 Windows

ここでは、 レーダシステムの測定に高速デ得されました。 これは PCI Express ベーや Linux などの標準オペレーティングシス

ジタイザを使用する利点をいくつか紹介しスの 4 チャネル 8 ビットデジタイザで、 帯テムの非決定論的な動作は、 クローズドます。

域幅は 1.5 GHz、 最大サンプルレートは

ループアプリケーションに関しては完璧なシステムパフォーマンスを提供しません。
これにより、 安定性とレイテンシのパフォー
マンスがトレードオフになります。

1GHz RF 搬送波を示しています。

5 GS/s です。 この帯域幅とサンプルレー
トは、 VHF レーダと低 UHF レーダのダイレ

はじめに
短いデューティサイクル、 複数の変調タ

レーダパルス変調信号

クト取得、 および多くの高周波レーダの中間周波数と互換性があります。 このデジタ

Spectrum 製ハードウェアとドライバは

イプ、 および重要なタイミングを備えたパ

レーダシステムは、 パルス変調された無イザには、 4 ギガサンプル (GS) の取得メ

非常に高速な応答時間を可能にしますが、ルス波形を使用するレーダ信号には、 広線周波数 (RF) 搬送波に依存しており、 一モリが含まれています。 4GS メモリは、 5

待ち時間は数ミリ秒の範囲であり、 オペ

帯域幅、 同時サンプリング、 大容量メモリ、般に、 周波数、 位相、 または複雑な変調

GS/s の最大サンプリングレートで 800ms

レーティングシステムレイヤーが必須の応および高速データ転送を提供する測定シが含まれています。 測定器の役割は、 このデータを取得できます。 これにより、 位

答時間を保証できない場合、 安定性が問ステムが必要です。 高速デジタイザはレー

れらのパルス波形を可能な限り忠実に取相または周波数変調信号の解釈に役立つ、

題になります。 テスト中に、クローズドルー

ダ信号の取得と処理に最適であり、 これら得し、 重要なパラメータを測定することで長時間の取得で優れた時間分解能が得ら

ププロセスの実行を即座に終了させる可の測定に適した複数の利点を提供します。

す。 図 8 のレーダ信号について考えてみれます。 この例では、 デジタイザは、 2.5 メ

能性のある多くのシステムの欠陥に遭遇し広帯域幅、 大容量取得メモリ、 メモリ使用ましょう。 ここでは、 基本的なパルス変調

ガサンプル (MS) を使用して、 毎秒 5 ギガました。
たとえば、 並列操作でブラウザを開くだ
けで、 ループの実行を停止するのに十分なプロセッサ時間がかかりました。したがって、 要求の厳しいアプリケーションの場合、実行中のプログラムとバックグラウンドジョ
ブに関して、 オペレーティングシステムが
図７．Windows PC で GPU ベースのシステム構成

実行するタスクをできるだけ少なくすることが最善の方法です。

サンプリング速度

チャンネル数

FIFO 転送

ソフトウェアバッファ 通知サイズ レイテンシ

500MS/s

1 (14/16bit)

2 x 1GB/s

3MByte1MByte3.1ms-------------------------------------------------

250MS/s

1 (14/16bit)

2 x 500MB/s

1.5MByte

512kByte

3.1ms

リファレンスドキュメント ：125MS/s

1 (14/16bit)

2 x 250MB/s

750kByte

256kByte

3.1ms

Spectrum Instrumentation 社 ： Closed

表 6．Windows PC で GPU ベースのテスト結果

ジタイザ /AWG と GPU の間で直接データ送され、 そこにコピーしてから GPU に転送

転送 (RDMA) を行うことはできません。 しする必要があります。 転送されたデータはたがって、 データは最初に CPU メモリに転同じように戻す必要があります。

8

MISH International Co., Ltd.

Loop Test using a PC Digitizer andAWG

図 8．基本的なパルス RF レーダ信号の取得と、波形の単純な RMS 検出を実行して、信号エンベロープの主要なタイミングパラメータを測定した結果

https://www.mish.co.jp

9

MISH Tech Journal 2023 SUMMERMISH Tech Journal 2023 SUMMER

図 9．線形掃引周波数レーダチャープの例。パルスの周波数スペクトルは、キャリア周波数に適用されるほぼ 4MHz の線形掃引範囲を示しています

図 10．長さ 13 のバーカーコードを使用した位相変調パルス。位相反転は、波形のノッチとして明らかです

サンプル (GS/s) の最大サンプルレートでのトレース )。 この操作は、 二乗平均平方

表示されます。 パルスの間、 キャリア周波

ラミングも使用できます。 これらのサード

きるこのようなデジタイザが非常に重要と500µsのデータを取得しました。 ここでは、

根 (rms) 検出を実行します。 中央のトレー数は公称 998MHz から 1002MHz まで

パーティプログラムは、 これらの信号を迅なります。

フルメモリを使用して 5 つのパルスのみをスの二乗波形は、 信号の瞬時電力に比例

直線的に変化します。 これは、右側のグリッ

速に復調する機能を提供します。 プログラ

取得しましたが、 8000 を超える同様のパします。

ドに示されている FFT によって提供される

ムはアプリケーションに合わせてカスタマイ

中級レベルのプログラミングスキルを持

図 11 は、 取得した位相変調パルスに復調プログラム

電力測定が必要な場合は、 データを入

周波数ドメインビューで明らかです。 フラッ

ズでき、 優れた柔軟性を提供し、 より複雑

つユーザは、 デジタイザと CUDA ベースの対して独自の復調プログラムを使用した

力インピーダンス 50 ( Ω ) で除算し、 単位

トトップスペクトルは、 掃引中の周波数のな分析を可能にします。 デジタイザの外部

グラフィックスプロセッシングユニット

結果を示しています。

をワットに変更して再スケーリングすると、変化を示します。 周波数スペクトル上ので処理するこの機能は、 M4i.2234-x8 デ(GPU) との間の直接接続を可能にする並信号搬送波が存在する場合にのみ有効

SBench 6 GUI ソフトウェア

変換が完了します。 フィルタ操作の後、 パカーソルは、 3.62MHz の搬送波の周波

ジ タ イ ザ の PCI Express x8 Gen 2 イ ン

列処理用の Spectrum CUDA アクセスオ

な復調波形は、 バーカーコードシーケンス

ルス列のエンベロープが下のトレースに表

数変化の範囲を読み取ります。

ターフェイスによって強化されています。

プション (SCAPP) の形で、 さらに優れた値を示します。 13 ビットのバーカーコード

デジタイザからのデータを表示するため示されます。 ソフトウェアの測定ツールを

このインターフェイスは、 Spectrum 製のド処 理 能 力 を 利 用 で き ま す。 こ れ に よ り、(+1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 -1に使用されるソフトウェアは、 Spectrum

再度適用して、 パルスの PRF(10kHz、 幅

ライバを使用して適切なホストコンピューGPU の複数の処理コアと超大容量メモリ+1) を見ることができます。 +1 は 0°を表

Instrumentation 製 SBench 6 ソフトウェ

9.955µs、 デューティサイクル 9.955%)を高度な高速信号処理に利用できるようし、 -1 は 180°を表します。 これは、 利用

アです。 SBench 6 は、 デジタイザの構成、を読み取ります。

位相変調

タで 3.4GB/s を超えるデータ転送速度を実現できます。 この転送速度は、 ホストコになります。 このアプリケーションでは、 計可能な最長のバーカーコードシーケンスで制御、データ表示することができます。 また、

位相変調を使用して、 パルス圧縮を実ンピュータへのデータの高速転送を可能

算時間を大幅に短縮できます。

す。 このコードのスペクトルサイドローブレ

取得した波形を測定および分析するため装することもできます。 位相変調技術は、にするため、 最大 4GB のデータを取得での組み込みツールも含まれています。 たと

パルス圧縮

パルスをセグメントに分割し、 それぞれがキャリア周波数を測定すると、 結果は図のパルス圧縮は、 レーダの距離分解能をントは同じ長さです。

左側の情報ペインに 1.000GHz と表示さ改善するために一般的に使用されます。

位相シフトの選択はコードによって決定れます。

圧縮には、 パルスの各瞬間が他の瞬間とされます。 共通コードは 2 進数で、 コードルスを取得することができました。

えば、 周波数測定機能を使用して信号の特定の位相シフトで送信されます。 セグメ

異なるようにパルスキャリアを変調することシーケンスに従って 0°と 180°の位相シフ

SBench 6 に は、 高 速 フ ー リ エ 変 換が含まれます。 これは一般に、 周波数変トに対応してコード値が +1 と -1 の間で(FFT) や有限インパルス応答 (FIR) フィルタ

調または位相変調を使用して行われます。

切り替わります。 最も一般的に使用されるなど、 多くの数値解析ツールも含まれていレーダ受信機は、 パルス圧縮に影響を与

コードシーケンスは、 他のシーケンスとのます。 パルス繰り返し周波数 (PRF) は画えるために必要なデジタル信号処理を提自己相関が低く、 サイドローブの低いスペ面から推定できますが、 ソフトウェアの測供します。

クトルを生成するバーカーコードです。 図

定ツールを使用すると、 より正確な値を取

パルス持続時間中にキャリアの周波数得できます。 PRF、パルス幅、およびデューをスイープまたは変更することは一般的な

ティサイクルを正確に測定するには、 パル手法であり、 結果として得られる周波数変

位相変調パルスの復調は、 より高度な

ス変調波形のエンベロープを抽出するの調パルスは 「チャープ」と呼ばれます。 図

データ解析を可能にするホストコンピュータが最適です。 これは、 信号を二乗し ( 図 89 は、 線形掃引レーダチャープの例を示しで行うのが最適です。 MATLABやLabVIEW

中央のトレース )、 それをローパスフィルタています。

などのサードパーティ製ソフトウェアや、 C、処理することによって実行できます ( 図 8 下

10 MISH International Co., Ltd.

変調されたパルスは、 左側のグリッドにベルは -22.3db です。

10 は、 長さ 13 のバーカーコードを使用した位相変調パルスの例です。

C++、 または Python でのカスタムプログ

図 11．ホストコンピュータで実行される独自のプログラムを使用した位相変調。復調された波形は、搬送波が存在する場合にのみ有効ですhttps://www.mish.co.jp 11

MISH Tech Journal 2023 SUMMERRUGGED TECHNOLOGY
ドタイムは 90µs であるため、 マルチ取得
モードでは 90µs は記録されず、 追加の 9
パルスを取得して保存できます。 このモードは、 レーダ動作におけるパルス間の変動

航空機やヘリコプタなどに搭載する為を調べるのに役立ちます。 デジタイザでのの耐環境製品は高度な冷却技術によっ

データ取得をより効果的に制御できる取て 設 計 さ れ て い ま す。 動 作 温 度 で得モードが他にもいくつかあります。

+85℃をサポートしている機器では筐まとめ耐環境エレクトロニクスの冷却

体内部はそれ以上に高温となるため、内部電子デバイスの冷却が必須となります。ここでは筐体内部の熱を外部に移動する為の手法を紹介します。

レーダ信号の測定は困難な場合がありますが、 デジタイザはこれらの信号の取得と分析に適しています。 デジタイザは、 優
れた信号品質と取得した波形を分析する
た め の さ ま ざ ま な ツ ー ル を 提 供 し ま す。
データをホストコンピュータにすばやく転送

冷却コンセプトする機能により幅広い分析ツールを利用

ここでは大型システムに取り付けられるできるようになり、 非常に柔軟なレーダ測耐環境エレクトロニクス機器の冷却技術に定システムが得られます。

ついて説明します。 これらのエンクロージャ内で使用される熱設計技術については説明しません。

● 設計の内部パイプで冷却剤を循環させ100W の熱をシステムから遠ざける必要

ることによる間接的な液体冷却、 またはがあることを意味します。 場合によって、電子機器を冷却液体に噴霧または浸消費電力が十分に低い場合、 詳細な熱設

漬する液体冷却。

計は必要ありません。 ただし、 電子機器の設置を設計する際には製品からの熱が耐環境機器の冷却方法には、 システム

製品から周囲に放散されるように常に注レベルで熱設計を採用する必要がありま意を払う必要があります。 また、 伝導冷却

図 12．マルチ取得モードで波形を取り込むことにより、取得メモリをより効率的に使用できます。このモードでは、それぞれが独自のセグメントにある複数の波形を取得します。これにより、重要なイベント間のデッドタイムがなくなります。タイムスタンプは各トリガーの時刻を記録します

ここで使用した Spectrum 製デジタイザ
M4i.2234-x8

耐環境エレクトロニクス機器は、 特定のす。 たとえば、 熱絶縁体の上に取り付け

は空冷と効果的に組み合わせることがでメカニズムで冷却されるように設計されてた場合、 伝導冷却機器を動作させることきることにも注意してください。

5GHz/2.5GHz/1.25GHz A/Dボード (PCIe)

おり、 製品を使用するために設計された冷はできません。 また、 強制空冷製品はファLabVIEWやMATLABなどのサードパー

ベントごとに 1 つのセグメントが埋められ● サンプリングレート ： 最大 5GS/s

却方法を使うことが重要です。 冷却はさま

ンの入口または出口で気流が遮断された

ティソフトウェアパッケージは、 レーダ解析

ます。 取得はセグメントトリガーイベント間● チャンネル数 ： 最大 4ch

ざまな方法で実現できます ：状態で動作させることはできません。

専用に設計されたアプリケーションパッ

で停止し、 使用可能なメモリを節約します。

● 分解能 ： 8bit

● パッシブエアフロー ( パッシブ対流冷却 )物理学の基本法則は熱設計にも適用さ

ケ ー ジ を 提 供 し ま す。 Mathworks 社 のユーザは、 セグメント内でトリガー前および● 帯域幅 ： 1.5GHz

またはファンによる補助 ( 強制対流冷れます。 つまり、 エネルギーが現れたり消熱設計は、 製品が指定された温度範囲

MATLAB Phased Array System ツ ー ル

トリガー後の間隔をプログラムできます。

● オンボードメモリ ： 4G サンプル却 ) のいずれかによって、 周囲の空気えたりすることはありません。 システムに内に保たれるようにする設備を作成するプ

ボックスに含まれている Radar Waveform取得されたセグメントの数は、 使用される● 入力コネクタ ： SMAと電子機器筐体の間で熱が交換される

注入されたすべてのエネルギーは、 システ

ロセスに関連しています。 空冷製品の場

Analyzer アプリケーションが良い例です。

メモリによってのみ制限され、 FIFO 取得● 入力インピーダンス ： 50 Ω

従来の対流冷却。

ムの温度を一定に保つために同じ速度で合、 これは比較的簡単です。 製品の上まSpectrum 社は、 ドライバとサンプルプロ

モードを使用する場合は無制限です。 複● マルチボード同期 ： 最大 8 枚● 熱を機械的転送手段 ( 通常は金属対金除去する必要があります。

たはファンを通過する空気がその温度よりグラムを提供して、 これらのプログラムを数のトリガーに関連する重要なデータは、● フォームファクタ ： PCIe Gen2

属接続 ) によって電子機器の筐体からデジタイザと接続します。 このデジタイザ

連続するセグメントの取得メモリに保存さ周囲に転送する伝導冷却。 伝導冷却は、

一般原則：

品の場合、熱界面は伝導面です(通常ベーは複数の取得モードも提供します。 これは、れます。

ヒートパイプ、 熱伝導パッド、 またはペーシステムに注入されたすべてのエネ
ルギーは、システムから遠ざける必
要がある

スプレート温度として指定されます )。 した

熱設計の基本低いことを確認してください。 伝導冷却製

取得メモリを効率的に使用し、 特にレーダ

イベント間のデッドタイムに関連する

ストなどを使用してさらに強化することアプリケーションの信号など低いデュー

データは記録されません。 各トリガーイベができます。 これにより、 さまざまな材

ティサイクルで発生する信号で取得間のントにはタイムスタンプが付けられるため、料間の熱抵抗が低下し、 熱をより広い

デッドタイムを短縮することを目的としてい各トリガーの正確な位置がわかります。 図

表面積に分散したり、 設計のホットス

この原則は、 耐環境エレクトロニクス機があります ( 伝導冷却の場合は熱伝導率、ます。

12 は、 マルチレコーディングモードのタイ

ポットを回避したりすることができます。

器筐体が 100W の電力を消費する場合、空冷の場合は空気圧など )。 これらにつがって、 たとえばその熱インターフェイスを気温と比較するには更に分析が必要です。
熱設計では、 材料の特性を考慮する必要

ムスタンプ操作のグラフィカルビューを示
しています。 タイムスタンプは、 ボードのマルチ取得モード

ハードウェアにある追加の FIFO メモリに保-------------------------------------------------

存されます。 これは必要に応じて読むこと

リファレンスドキュメント ：図 12 に示すマルチレコーディングまたができます。

SPECTRUM 社 ： Application Note ：はセグメントモードでは、 非常に短いリアー

マルチレコーディングモードでは、 デッド

Radar Signal Acquisition and Analysis

ム 時 間 (5GS/s の サ ン プ ル レ ー ト で 約タイムが記録されないためメモリスペース

Using High Speed Modular Digitizers

6.5ns) で複数のトリガーイベントを記録でが節約されます。 これにより、 使用可能なきます。 取得メモリは、 同じサイズのいくつ取得メモリ内の重要なイベントの数が増え

かのセグメントに分割されます。 トリガーイ

ます。 図 11 のパルス幅は約 10µs でデッ

12 MISH International Co., Ltd.

ForcedConvection Cooled

Passive
Convection Cooled

Conduction
Cooled

図 13．3 つの異なる冷却オプションを備えた共通の筐体設計

https://www.mish.co.jp 13

MISH Tech Journal 2023 SUMMERMISH Tech Journal 2023 SUMMER

いては、 以降のセクションで詳しく説明しま

示しています。 空気は非常に弱い伝導体

Δ T = ( パ ワ ー x 距 離 ) / (k x 面 積 ) =筐体が所定の位置にしっかりと固定さ

ヒートシンクの設計は競合する要素間のす。 設計では、 電子機器から取り除かれであり、 熱を伝達するために使用すること(100 x 0.01) / (205 x 0.01) = 0.49 ℃

れていることを確認することで、 ベースプ

トレードオフです。 フィンが薄すぎると、 熱た後に電力がどのように放散されるかも考はできますが、 移動する場合のみであるこ( またはケルビン )レートとコールドプレートの間のギャップにがフィンの端に効果的に伝わりません。 同

筐体に空気の移動に必要な機器が含ま慮する必要があります。 すべての電子機とに注意してください。 これは、 通過する

圧力がかかり、 これらのギャップを減らす

様に、 隙間が薄すぎると、 空気が隙間を効れている場合、 それはアクティブ空冷と呼器の筐体で発生する熱は、 周囲の環境に

表面から熱エネルギーを吸収し、 空気が

k は熱伝導率です。 簡単にするために、のに役立ちます。

果的に通り抜けることができません。 したばれます。 アクティブ空冷には主に 2 つの放散する必要があります。

移動するときに熱エネルギーを吸収します。

純粋なアルミニウムの数字 (205) を k にがって、 ヒートシンクは使用されるファンのタイプがあり、 耐環境システムにおける信リストにある他の材料は、 同じ移動メカニ

使用します。 比較すると、 静止空気の数があります ：

空気容量に合わせて設計されることがよく

頼性の点で明確な違いがあります。

ズムでは使用されないため、 適切な材料

値はわずか 0.0262 W/mK であることに● 金属加工品から熱抵抗コーティングをあります。空冷の利点の 1つは、熱インター● 電子部品と内部ヒートシンクに送風するを選択する際には熱伝導率が重要な要素

注意してください。

伝導冷却（コンダクションクール）になります。

その他の軽減措置として次のようなもの

取り除きますアクティブ強制空冷エンクロージャ

ファン

フェイスが空気温度であるため、 システム● エアギャップを埋め、 空気よりもはるか

レベルの熱設計タスクが簡素化されること● 密閉された ( 伝導冷却 ) ボリュームに取伝導冷却は、 製品の主要な熱経路が定薄いプレートを通って移動する熱は、 はに優れた熱伝導率を持つサーマルインです。 吸気口と排気口に障害物がないこり付けられた冷却フィンに空気を吹き付義された外部表面 ( 通常はベースプレート

るかに効率が悪いことに注意してください。

ターフェイスマテリアル (TIM) を使用しとを確認し、 加熱された空気を新鮮な冷けるファン。 すべてが 1 つのエンクロー

気と交換できるようにするだけで十分です。

または同様の熱インターフェイス ) を通過

伝導冷却熱解析

断面が 5mm x 10cm の長さ 1cm のアます

ルミニウムを通る 100W の温度差はほぼ

ただし、 これらのギャップは界面全体のただし、 空冷は高度 (Altitude） の影響

電子機器に空気を吹き付けるファンは、

イスは平らで、 熱伝導性材料の平らな面

すべての熱解析は使用するデータに大10℃です。 合わせた 2 つの表面間で熱熱抵抗にのみ寄与することに注意してくだを大きく受けます ( 空冷は気圧の影響を直非常に効率的な熱除去方法であるため、に取り付けられるように設計されている必きく依存しています。 たとえば、 材料の熱が移動する必要がある場合は、 ギャップ内

さい。 合わせ面の面積が大きい場合でも、接受けます )。 そのため、 多くの空中用途

商用およびサーバーグレードの電子機器

要があります。 以下の図は、 伝導冷却エ

抵抗が正しくない場合、 熱解析では正しくの材料 ( または空気 ) の熱抵抗を考慮する

温度降下は非常に小さい可能性があります。

では空冷製品がうまく機能しません ( 高地

筐体では標準的な方法です。 ただし、 空

ンクロージャの簡単な冷却構造を示していない情報が生成されます。 ただし、 以下必要があります。 いずれの場合も、 材料設置の設計では、 ベースプレートとコーの 「薄い」空気は、 空気が通過する物質か気は部分的にしかろ過できず空気とともにます。

に示すように、 大まかな見積もりは比較的

全体の温度降下は、 熱抵抗に材料またはルドプレートの間の熱界面の伝導率と表

ら熱を除去する効果がはるかに低くなりま粒子 ( ほこり、 湿気、 カビなど ) が発生し、簡単に作成できます。

界面全体で消費される電力を掛けることに面を考慮に入れる必要があります。

す )。

電子機器に損傷を与える可能性がありまする場合に使用されます。 熱インターフェ

伝導冷却エレクトロニクス機器は、 熱イ
ンターフェイス ( ベースプレートなど ) の温これらの例は、 システムの完全な熱解度によって指定されます。 これは気温と同析を置き換えることを意図したものではあ

伝導冷却熱解析の原理は、 熱が発電コ

じではありません。 実際、 設備の熱設計

りませんが熱伝達の背後にある原理につンポーネント / 筐体から離れて、 電力が環

1 つのオプションは、 サーマルペースト

によっては、 熱界面が周囲の空気の温度

いてのアイデアを提供します。 ほとんどの境 ( 空気、 液体など ) に放散される可能性

やギャップパッドなどのサーマルインター

よりもかなり高くなる可能性があります。

よって効果的に計算されます。

設計者は、 軽減措置が必要かどうかを判断する必要があります。

材料の熱伝導率は、 比較的簡単に取得でのある領域に伝導されることです。 これは、フェイスマテリアル (TIM) を使用して、 こ

ほとんどの伝導冷却機器は空気中にいき、 W/mK ( ワット / メートルケルビン ) で設置がコールドプレートから熱を逃がすこ

れらの熱的に非効率なエアギャップを埋め

くらかの熱放散がありますが ( 例 ： ベース

表されます。 したがって、 簡単な例として、とができる場合にのみ発生します。 このいることです。

プレート以外のボックスの 5 つの面で )、 こ

断 面 積 が 100cm2 (10x10cm)、 つ ま り

くつかの例については後半で説明します。

れはほとんどの熱解析で無視するのが合0.01m2 のアルミニウムの長さ 1cm を通理的であるため、 総熱放散の十分に小さ過する 100W の電力を考えてみましょう。

い部分です。

この例の材料全体の温度差は、 次のよう

表 7 は、 一般的な材料のいくつかの簡に計算されます。

単なデータ ( 純粋な材料の熱伝導率 ) を

Inside air 79℃

I/O module installed above SBC

密閉された電子機器は、
ベースプレートへの伝導冷却を使用します

CPU Tj 82℃

Heat spreader 80℃

冷却フィン付きコールドプレート

空冷
２つの表面間の熱伝導率

空冷は、 空気を動かしてある場所から

2 枚の金属板を組み合わせると、 下図別の場所にエネルギーを移動させる能力に示すように、 表面の平坦度の欠如と表に依存しています。 空気は熱伝導率が低面の粗さの両方によって生じる隙間が生じいですが、 金属の熱エネルギーは表面近ます。

くの空気に移動します。 その空気が動いている場合、 加熱された空気は効果的にElectronics Enclosure
Baseplate

ファンを含む筐体全体

図 16．密閉された電子機器によるアクティブ空冷

熱エネルギーを奪います。 これは、 より大きなシステムのどこかに加熱された空気を

ファンを含む筐体全体

新鮮な / 冷たい空気と交換できる場所がある場合にのみ効果的であることに注意し

CPU Tj 82℃

Heat spreader 80℃

Installation Cold Plateてください。 その能力がなければ、 効果はファンアシストオーブンのようなものにすぎません。

Cold Plate

図 15．設置面の隙間イメージ

図 14．耐環境エレクトロニクス筐体の伝導冷却

空冷は金属の表面で効果的であるため、Heat spreader 80℃

空気

アルミニウム

銅

ステンレス

鋳鉄

炭素鋼

熱伝導率（W/mK)
at 25℃

0.0262

205

401

16

55

54

静止した ( 動かない ) 空気は熱伝導率積をできるだけ大きくするのが一般的です。

が非常に低いため、 これらの要因によってフィンまたは類似のものを使用することで生じるギャップは、 2 つの材料間の接触面

この目的を達成できます。 フィンの厚さと積の断面積を効果的に減少させ、 冷却にギャップの厚さの選択は設計の有効性に問題を引き起こします。

重要です。

冷却フィン付きコールド
プレート

CPU Tj 82℃

ヒートシンク設計で熱伝達のための表面

マテリアル

14 MISH International Co., Ltd.

Inside air 79℃

Cold Plate

I/O module installed above SBC

表７．素材とその熱伝導率

ジャ内にあります。

I/O module installed above SBC

密閉された電子機器は、
ベースプレートへの伝導冷却を使用しますInside air 79℃

図 17．密閉された電子機器によるパッシブ空冷

https://www.mish.co.jp 15

MISH Tech Journal 2023 SUMMERTECHNOLOGY
す。 電子部品がコーティングされている場

熱伝達のためのさまざまなメカニズムを合でも ( コンフォーマルコーティングまたは使用するさまざまなタイプのコールドプ

類似のコーティング )、 以下に示すような設

レートがあります。 いずれの場合も、 熱エ計では、 内部の電子機器から冷却空気のネルギーをシステムから遠ざける必要があ

流れを遠ざける場合と比較して機器の期るため、 コールドプレートだけでは冷却の待寿命は短くなります。

問題を解決しませんが、 システムから取り出しやすい場所に熱を移動させるために

VMEフォーエバー！

コールドプレートが使用されます。

パッシブ空冷エンクロージャ● 空気の流れと換気の例

筐体が空冷を使用しているが、 空気を

右の図は、 伝導冷却筐体の周囲で別の動かすためのコンポーネントが含まれてい強制空冷を使用する一例を示しています。

ない場合、 それはパッシブ空冷と見なされこれは推奨される方法ではありませんが、ます。 このタイプの機器には通常、 空気が取り付けプレートの材料が薄く他の熱伝達

流れる表面積を増やすためのフィンまたはメカニズムがないために非標準の設計手同様の機構があります。

法が必要になる場合の解決策の例を示し

このタイプの設計の問題点の 1 つは、

はじめに

ています。

VME はリリースから 40 年以上もの年月が経過しているレガシーなバス技術ですが、防衛や航空宇宙の分野では現在も使用されており、その信頼性と堅牢性は
これまでの防衛、航空宇宙分野を支えてきた事に疑う余地はありません。現在は、VPX と呼ばれる次世代の組込みボード
規格がリリースされていますが、ここでは何故 VME が引き続き使用されているのかという事に焦点を当てて説明します。

きる遠い未来であるとしましょう。 これを仮易になります。 確かに、 VME 市場が成長に 20 年とします。

する可能性は低いでしょう。 それは必然的「Forever」という言葉は、 未来のテクノロ

テクノロジの変化が絶え間なく加速してに時間の経過とともに減少します。 しかし、電子機器筐体から熱を単独で抽出するにジについて議論するときに使用する様なかないる環境では、 20 年先を見据えることは

20 年 後 も 軍 事 組 織 は VME を 購 入 し、は不十分であることに注意してください

り大胆な用語です。 では 「VME Forever」

困難に思えるかもしれません。 そして、 一

Abaco Systems 社のようなメーカーはま能性があります。 すべてのパッシブ空冷設( 薄いプレートによる伝導冷却は効率的でを宣言することはどういう意味があるので般消費者向け電子機器について話していだ製造しているのだろうか ? その質問に対備では、 冷却の効果を特徴付けるためにはありません )。

しょうか ?

るのであれば、 それは意味が無い事でありする答えは、「YES」です。

ヒートシンクを特定の空気の流れに合わせ

この例の伝導冷却設置プレートは、 このて設計する必要があることです。 これは、実際の取り付けでは正確に一致しない可

したがって、 プレートの下のピン / フィン

過去 10 年間に VME の将来に疑問を呈を使用して熱の空気への伝達を高め、 大する記事が数多く発行されたにもかかわら広範な温度テストを実行することをお勧めします。

型ファンを使用してエンクロージャと設置用コールド プレートの周囲に強制的に空インストールオプションと例ず、 今日でも出荷されている VME ボードの数量は相当なものです。 現実に、 VME

20 年後に VME ボードは存在するのか ?
その質問に対する答えは、「YES」 です。

VME の重要性

Galleon 製データレコーダ
XSR 40Gbe Recorderは健在であり前向きな未来があります。

耐環境仕様 40Gb Ethernet 小型データ

年にわたって大成功を収めてきたアーキテ

ただし、 これは VME が長年にわたって

多くの要因がありますが、 根本的にできレコーダ

クチャには非常に多くの肯定的な側面が広く採用されてきた防衛および航空宇宙

る限り変更や修正無くプログラムを 「提供」

● 耐環境仕様小型ボックスあるため、 今後も継続し続けること以外に市場のことです。 携帯電話のライフサイク

し続ける必要があるということです。 最も● 40GbEthernet サポート

予 測 す る こ と は 困 難 で す。 も ち ろ ん、

ルは数ヵ月強ですが、 標準的な軍事計画

重要なことは常に、 リスクを最小限に抑え、機器の筐体を取り付ける際の熱設計の必● 最大 80TB リムーバブル SSD「Forever」 は非常に長い時間を意味しま

では配備と維持に数年、 場合によっては数軽減し、 緩和し、 排除することです。

要性について認識を高めることです。 意● FIPS 140-2 及び AES-256 暗号化オプ

す。 現実的に考えて、 この議論の目的上、十年かかります。 これにより、 防衛市場で危機的な状況で自分の機器に絶対的「Forever」とは、 私たちが合理的に予測で何が起こるかを予測するのははるかに容な信頼を寄せる必要があるエンドユーザー

気を送り込みます。

ここでは、 冷却装置と設置の例をいくつか示します。 これらの一部は実際にインスまとめトールされたものですが、 顧客名とプログ

ここでの目的は、 堅牢なシステムに電子ラム詳細は非公開です。
● コールドプレート

図 19．外気冷却による伝導冷却の設置例

当然却下されるでしょう。

コールドプレートは、 伝導冷却機器など、識を高めることで、 設計者はよくある落と

高温の表面から熱を奪うように設計されてし穴を避けることができます。 アクティブ空● MIL-STD-810 耐環境試験対応

います。 最も単純なケースでは、 コールド

冷は、 設置時の熱設計に関してはおそらく● 伝導冷却及び空冷対応

プレートの表面に伝導冷却筐体をボルト

最も単純な冷却方法ですが、 関連する問で固定します。

題があります ( ファンの信頼性とメンテナン

液体冷却のコールドプレートは、 伝導冷ス、 電子機器を汚染する粒子、 および伝導却よりもはるかに効果的に熱を伝達するよ冷却と比較して筐体のサイズが大きくなりうに設計されています。

ます )。

ション

なぜ VME が防衛および航空宇宙市場で依然として重要なのか ?

評論家の否定的見解にもかかわらず、 長

また、 アクティブ空冷では、 多
くの場合使用可能な高温仕様が制限されています ( 固定ファン-------------------------------------------------

オプションを使用 )。 伝導冷却は、リファレンスドキュメント ：物理的に最小の筐体を最小重Galleon 社 ： White Paper ：量で提供しますが、 筐体から熱Cooling of Rugged Electronics

を逃がすように設置を設計する
図 18．液冷コールドプレートの例

16 MISH International Co., Ltd.

ことが不可欠です。

30+

Programs with
30+ years service life
are not uncommon

https://www.mish.co.jp 17

MISH Tech Journal 2023 SUMMERMISH Tech Journal 2023 SUMMERVME Forever !

から、 究極の信頼性と性能を求めて努力するボードレベルのサプライヤやサプライ

VMEの実行可能性を維持する

チェーンまで、 機器への信頼だけでなく、VMEの重要な成功要因は、市場の要求に対応するためのすべてを通じてパートナーシップへの信頼

時間の経過に伴う進化です。主要なマイルストーンの簡単も必要です。 ハードウェアとそれをサポー

VME

トするソフトウェアの堅牢な信頼性に対する信頼は当然のことです。 ただし、 要件を実現する能力、 長期的なコミットメント、 明

VPX

図 20．6U VME ボードと 6U VPX ボードの例

確に定義された開発戦略、 テクノロジ挿入

SBC

ロードマップなど、 より幅広い意味合いがSBC

最初のボードを市場リリース

SBC

1981

な履歴が左右に表示されています。

VME の実行可能性を維持する

1982

VME の重要な成功要因は、 市場の要

PCIe Fabric interconnect
4Gbytes/s maximum (x4 links)

1985

です。
VME は、 このレベルの信頼とコミットメ

VME Bus interconnect (80Mbytes/s maximum

ントで提供できる唯一のテクノロジではありませんが、 絶対に安全な選択であり重要です。 そのため、 Abaco 社では VME への

6U VMEベースミッションコンピュータ

PCIe
Switch

IO
PMC

IO
XMC

Mil-Std-1553
PMC

Mil-Std-1553
XMCる能力に重点を置いたトータルパッケージ

Graphics
PMC

Mil-Std-1553
XMC

Mil-Std-1553
PMC
Graphics
XMCあります。 これは、 多くの場合、 人間の安全を最終目標とするコミットメントを実現す

VMEbusの公開

SBC

SBC

SBC

Carrier

SwitchAbacoはPME68-12
を発売

最初のミリタリ
ボードをリリース

1986

ンの履歴を左図に示します。

よび I/O テクノロジの開発も大幅に進んで

3U VPXベースミッションコンピュータ

1991

図 21．6U VME ベースと 3U VPX ベースのミッションコンピュータの構成例

VME64の導入でバス速度が40MB/s
から80MB/sに向上います。 初期の頃は、 SCSI およびイーサ
ネット機能を追加するには別のボードが必要でしたが、 現在の VME ボードは、 Intelや NXP などの最新のシステムオンチップ

2. 3U VPXは、
サイズに制約のあるプラットフォーム向けの実行可能なフォーム

AbacoはPPC1Aを発表

でしょうか ? 繰り返しますが、 VPX には考慮すべきことがたくさんあります。

1995(SoC) デバイスをサポートし、 CPU、 メモリを備え、 コントローラと I/O がすべて 1 つにファクタです3U VME フ ォ ー ム フ ァ ク タ (160mm x● 高パフォーマンス

100mm) には背面 I/O がないため、 ほと高いパフォーマンスが得られるのはメ

んどの堅牢な防衛および航空宇宙アプリ

リットのように思えますが、 実際にはすべてケーションへの適用性は非常に低くなりまのアプリケーションがボード間の高帯域幅す。 一方、 3U VPX はリア I/O ピンを提供

通信を必要とするわけではありません。 たVPX の台頭することでこの問題を解決し、 現在ではス

とえば、 ミサイル警報システムなどのアプ

ペースが非常に限られている UAV などのリケーションは、 「少量のデータで多くのこ

VPX は VME と関連する標準規格であり、アプリケーションで非常に人気があります。

とを処理する」必要があります。 したがって、

過去に cPCI や ATCA が規格化されたのと同じように、 VME の代替と見なされてきた化です。 主要な Abaco 社のマイルストー

バス帯域幅の改善と並行して、 CPU お

取り組みを通じてお客様をサポートすることをお約束します。 永遠に。

求に対応するための時間の経過に伴う進3. VMEと同じ物理的属性の多くを備えて

1996
2eSSTの導入でバス速度が320MB/sに向上

2eVMEの導入でバス速度が160MB/sに向上統合された単一のデバイスを提供します。
初期の VME ボードよりも高い処理能力を備えたスマートフォンを使用するようになった現代のハイテク時代においても、 VMEには依然として果たすべき役割があります。

2003

VME の選択につながる 3 つの主な理由は次のとおりです。

2016

Abacoは最新の
PPC11Aを発表● ミリタリプログラムの延命

ファブリックベースの相互接続を採用して多くの場合、 プログラムの寿命は実際

も、 実質的にシステムの消費電力が増えの計画よりもはるかに長くなります。 機体
及び車両などは、 元々の 「使用期限」が過

多くのスタンダードの 1 つです。 従来の規います

る だ け で す。 高 速 イ ン タ ー コ ネ ク ト は、格と VPX との違いは、 防衛および航空宇3U と 6U (160mm x 233mm) のオプ

CPU に組み込まれているか外部スイッチ

宙市場に実際に根付いており、 VME の完ションでボードサイズの同じ定義を維持すに組み込まれているかにかかわらず、 電力を達成するために VPX のパフォーマンス上

費用対効果の高いオプションを提供します。

貴重な資産です。 プラットフォームを中断

全に実行可能な代替手段であることです。

ることにより、 VPX は 6U VME または 3Uを大量に消費する傾向がありますが VMEの利点が必要ない場合は、 取るに足らなしかし、 インテグレータのコストを左右する

せずにコアとなる VME ボードをアップグ

少なくとも 3 つの重要なメリットがあります。

cPCI と同じスペースにスロットを配置するはそうではありません。

いものになる可能性があります。

のはボードだけではありません。 これは、レードすることで、 搭載機器にさらに数年

バックプレーン、 電源、 シャーシのプログラを追加できることは、 エンドユーザーに大ム全体のコストであり、 おそらく最も重要

きなコスト上のメリットをもたらします。

図 22．VME バスの進化のマイルストーンのに適しており、 どちらも防衛および航空
1.ファブリックベースの相互接続により、宇宙用途で人気があります。

● リスク

ベンダーの観点から、 VME は VPX よりより高いパフォーマンスへの道を提供しもリスクはありません。

ますフォームファクタの類似性を示す
6U VME と 6U VPX の比較

VME はパラレルベースのバスに基づいていますが、 速度が制限されておりボード

Abaco 社は 10 年前から VPX ボードを

● コスト

一般に VME ボードは設計上 VPX ボー

ぎてからも長い間使用される傾向がある

なのは必要なソフトウェアへの投資です。

ドよりも複雑ではない傾向があるため、ハードウェアの更新を検討する際に非常に● パフォーマンスの向上

上記のすべてを考慮に入れると、 最近

プログラムの寿命が延びるにつれて、 新製 造 し て お り、 そ の 学 習 曲 線 は 完 全 に

では 「性能は十分でより速く、 より低コスト

しい技術や新しい運用シナリオのニーズを間で大量のデータを移動する必要がある

図 21 は、 6U VME を 使 用 す る 場 合 とVME を上回りましたが、 潜在顧客は同じである」ことがより優先されているため、 多満たすためにミッションが拡張されること

アプリケーションではボトルネックになる可

3U VPX を使用する場合に、 同じ機能を典ようにそれを使用する状況では無いようで

くのミリタリプログラムは依然として VMEがよくあります。 5 ～ 7年前のシングルボー

能性があります。 VPX は、 ポイントツーポ

型的なミッションコンピュータに実装するす。 プログラムには長いライフサイクルがを使用することを選択しています。 これはドコンピュータを更新して CPU のパフォー

イントのファブリックベースのアーキテク

方法を示しています。 どちらも実行可能なあり、 プログラムに取り組んで更新を検討

主に従来のアップグレード用ですが、 商業

マンスを 2 倍にすると、 これらのミッション

チャであるため、 このボトルネックを排除し、オプションですが、 VPX ソリューションはしているチームは、 おそらく何世紀にもわ的に意味のある新規プログラム用もありまの目的を達成できます。 この例は、 既存相互接続で VME よりも高い柔軟性とパボード間ではるかに高い帯域幅を提供しまたる VME の経験を積んでいます。

す。

のディスプレイコンピュータに組込みトレー

フォーマンスを提供します。

す。
では、 なぜ誰もが VPX を選択しないの18 MISH International Co., Ltd.

初めて VPX を採用することは大きな障

ニング機能を追加することです。

壁になる可能性があり、 プログラムの目標

https://www.mish.co.jp 19

MISH Tech Journal 2023 SUMMER

長く使える設計

1x
VME Forever !

First rugged
PowerPC board

1997

PPC7D

PPC9A

PPC2A
PPC4

PPC4A

First 1GHz
+ CPU

First dual
core CPUMISH Tech Journal 2023 SUMMER

PPC7A
PPC4B

Introductionof AltiVEC

Introductionof SDRAM

Introductionof 64bit PCI

Introduction of
Gigabit Ethernet

PPC11A

PPC10A

PPC9B

50xFirst QorIQCPUFirst with Vivo FPGA
based VME interface

2017

XVR19

サポートサービスを開発しました。

す。 VME は特徴がよく知られており非常

もう 1 つの重要なアプローチは、 最初かに信頼されています。 したがって、 これら
1. BOMモニタリング： コンポーネントののプログラムの拡張または更新のための必要な更新の回数を最小限に抑えること

ヘルスチェックを四半期ごとに定期的頼りになるアーキテクチャであるだけではができます。 これには、 陳腐化とコンポーに実施し、 陳腐化の問題を特定し LTBありません。 特に、 展開をより迅速に確認

ネントの寿命の問題を前もって考慮する必か再設計かにかかわらずアクションを要があります。

提案します。

コンポーネントは可能な限り、 7 年、 10

2. 部品調達： 顧客からの資金調達と予測

年、 さらには 15 年の供給を約束する「エンを利用して、 LTB を引き受けることがでできる非常に費用対効果の高いオプション● 空冷および伝導冷却オプション

であるという理由だけでなく、 他のアーキ● Intel アーキテクチャ、 第 7 世代 Xeon

テクチャに対する利点を明確に活用する新E3-1505M v6● 32 GB DDR SDRAM、 64 GB SSD

きます。

イヤから選択できます。 さらに、 将来の供3. コンポーネントの保管： LTB に続いて、給を予測するためのアルゴリズムを持ってコンポーネントは最先端の窒素貯蔵エいるコンポーネントデータベースの専門家

リアに保管し、 必要に応じて使用するた

元の VME アーキテクチャは、 その存続期間中に大幅に強化され、 最新かつ実行● Vivo FPGA ベースの VME インターフェ

可能な状態に保たれています。 現在、 最イス

新のシリコン技術、 最新の I/O 機能、 およから情報を得ることができます。 これを超めにコンポーネントを保存できます。

えて、 FPGA にプログラムされた IP に機能

4. テスト機器の保持： 生産または修理能を実装することにより、 コンポーネントの供力を維持するために必要なすべてのベンダーは、 顧客が最小のコストとリスク

給の寿命に関する不確実性を取り除くた

データスキルと機器を保持します。

でより高いレベルのパフォーマンスと機能

XVB603計画している場合に特に当てはまります。

のハードウェアコンポーネントに依存しなくび最新のストレージ機能の恩恵を受けています。 長年にわたり、 Abaco 社のようなを定期的に利用できるようにする頻繁な技

これにより、 ベンダーはポータビリティを得ることができ、 市場で入手可能な特定● SWaP統合

しいプログラムの選択肢でもあります。

● デュアル PMC/XMC サイト

めの特定の措置を講じることができます。
図 23．Abaco 社の PowerXtreme 製品リリースの履歴

知名度の高い多くのプログラムの中心でら長寿命で設計することです。 これにより、

ベディッド」ロードマップを提供するサプラFirst 8core CPU理チームによって管理される一連の長期術更新により、 その関連性を確保する上で重要な役割を果たしてきました。

最先端の製品

VME アーキテクチャに依存するプログ

サイズ、 重量、 電力の削減は、 一般的

たとえば、 Abaco 社には何年も何世代になります。 そのような例の 1 つが、 最新のVME の長所と短所を考慮し、 長期的なにモジュールの小型化を想像しますが、もわたってさかのぼるテクノロジ挿入ロー

ボード設計に採用されている Abaco 社のサポート戦略を策定したらユーザーは製

VME ボードでここ 5 年ほどに普及したマル

ド マ ッ プ が あ り ま す。 た と え ば、 Power

Vivo VME Bridge です。

品を選択する必要があります。 いくつかのチコアテクノロジを使用して、 複数の既存

Xtreme の堅牢な PowerPC のロードマッ

このデバイスは、 コア VME テクノロジをベンダーは VME を脇に置いており、 一貫● 16 GB DDR SDRAM、 256 GB SSD

OEM サプライヤに精通し、 信頼されており、ボードの機能を 1 つのボードに圧縮するとプは 1995 年に策定され、 10 世代の製品

実装するだけでなく、 高速 2eSST 機能とした VME 製品ストリームを維持することの● シングル PMC/XMC サイト

また特定のアプリケーションに対する VME

いう方法もあります。 これにより、 既存のを経た今でも強力な製品です。

ハードウェアバイトスワッピングも管理しま

優先順位を下げていますが、 最近リリース● Vivo FPGA ベースの VME インターフェ

固有の利点を考えると、 VME が今後何年シャーシに空きスロットを残して機能を追す。 これは、 リトルエンディアンおよびビッさ れ た 3 つ の VME シ ン グ ル ボ ー ド コ ン

加することができます。

グエンディアンのレガシーを持つシステム

ピュータが示すように、 Abaco 社のようなを更新するときにしばしば必要になります。

ベンダーは、 VME を戦略の中核部分とし20 年にわたる Abaco 社のPowerXtreme ロードマップ

プログラム寿命全体を考慮するて採用しています。

テクノロジ挿入ロードマップの核心は、標準のハードウェアおよびソフトウェアイン

陳腐化管理戦略PPC11A

プログラムの要件を完全に理解して最ターフェイスを維持することです。 基本的

終決定し、 製品を特定したら次の目標はには、 ピン配置とプログラミング API を同

コンポーネントの陳腐化は避けられない

プログラムの存続期間全体を管理することじに維持することです。 または、 少なくとも事実です。 ほとんどのコンポーネントは、です。 これには考慮すべき複数の側面が下位互換性を維持することです。 ハード

短期間の商用利用向けに設計されており、あります。

ウェア設計者にとっての課題は、 古い機能

消費者市場全体のごく一部を占める長期(IDE など ) がなくなりサポートされなくなっプログラム向けではありません。 したがったときに、 新しい機能 (SATA など ) を導入て、 ベストデザインプラクティスを採用する

中断を最小限に抑えて新しいテクノロジ

することです。 キーとなるのは、 前世代のだけでなく、 よく考え抜かれた陳腐化管理● 空冷および伝導冷却オプションを導入できることが、 技術導入のすべてでピン配置を模倣するオプションとともに、 新戦 略 を 持 つ こ と が 重 要 で す。 部 品 表● Power アーキテクチャ、 T1042 またはす。 ベンダーは新しいボードを設計する際しい機能を提供するオプションを備えた非(BOM) を継続的に監視することは不可欠に、 設計の容易さ、 最低コスト、 絶対最大

常に柔軟なピン配置スキームを用意するこですが、 適切な措置を講じることはさらに性能などの要素に重点を置くかどうかを選とです。 これは設計が複雑になり、 実装が重要です。 このアクションは、 Last Time択します。 しかし、 VME の世界で最も成頭痛の種になる可能性があるため簡単で

Buy (LTB) を実行するか、 コンポーネント● デュアル PMC/XMC サイト

功しているのは新製品をシステムに導入すはありませんが、 途中で 1 つまたは複数のの必要性を取り除く再設計を試みることで● デュアルオンボードMIL-STD-1553チャ

る際に顧客が必要とする統合を最小限に

テクノロジの更新が必要な長期的なプロ

す。

抑えることに重点を置いている企業です。

グラムをサポートする必要があります。

● 技術導入戦略

これは、 既存システムのアップグレードを

20 MISH International Co., Ltd.

このプロセスを通じてお客様を支援するために、 Abaco 社は製品ライフサイクル管T2018 CPU オプション● 8GB DDR SDRAM、 512MB

フラッ

● 空冷

ラムの広範な展開ベースと、 それらの運用● Intel アーキテクチャ、 第 7 世代 Xeon

が数十年にわたる性質を考えると、 元請

E3-1505M v6イス

業 者、 シ ス テ ム イ ン テ グ レ ー タ ー お よ びにもわたって重要な力を持ち続けることは明らかです。
Abaco 社 で は、 VME の 未 来 を 手 中 にまとめ収めています。

VME は何十年もの間、 防衛および航空-------------------------------------------------

宇宙コミュニティの組み込みコンピューティ

リファレンスドキュメント ：ングに不可欠でした。 これは、 業界で最もAbaco Systems 社 ： VME Forever!

At Abaco, thefuture of VME is ingood hands.

シュ、 32GB SSD

ンネル● Vivo FPGA ベースの VME インターフェ

イス

https://www.mish.co.jp 21

2023 年夏の新製品

新製品 ピックアップ

Galleon社製 XSR 100GbE Recorder
100GbE データレコーダの記録速度で提供します。 XSR レコーダ

地球温暖化を考える 8の設計コンセプトは、 COTS オープンアー
キテクチャモジュールの使用に基づいておここでは今年の新製品をピックアップして紹介します。
■ Alpha Data 社製 ADM-VA600 Versal AI コア搭載評価プラットフォーム■ Extreme Engineering 社製 XCalibur4840 CPU ボード■ Extreme Engineering 社製 XPedite7750 CPU ボード■ Galleon 社製 XSR 100GbE Recorder 100GbE データレコーダ■ Abaco 社製 GVC1001 耐環境 AI コンピュータ

り、 これにより技術の進歩に対応し、 ユーザーの設計を 10 年以上保護するのに役立つ、 陳腐化管理の重要な軽減戦略を提供します。 XSR は、 無人機、 航空機ポッド、
地上車両などのアプリケーション向けに最Alpha Data 社製 ADM-VA600
Versal AI コア搭載 評価プラットフォーム
FPGA
拡張サイト
オンボードメモリ
フラッシュメモリ
フォームファクタ
温度範囲
開発キット

ADM-VA600 は、 Space 2.0 向 け の

ADM-VA600 仕様
AMD-Xilinx Versal AI Core
FMC+ (HPC)
8GB DDR4 SDRAM
1Gb QSPI コンフィグレーションメモリ
6U SpaceVPX (ANSI/VITA 78)-40 ～ +70℃
ADK-VA600

AMD-Xilinx Versal AIコア XQRVC1902

このプラットフォームは、LEOアプリケーショ

このボードは、 Texas Instruments 社と共Adaptable SoC を 搭 載 し た 6U Spaceンなど、 放射線環境やミッションの長さが同設計されたスペースグレード電源と、 ク

VPX 評価プラットフォームです。 Versal

制限された Space 2.0 レベルのミッション

ロッキングおよびシステム監視機能をカAI コアは、 信号処理や機械学習などの計に適した部品を受け入れるように設計されバーするその他多くの Space Enhanced

算集約型アプリケーションの宇宙ミッショています。 ほとんどの部品は商用部品をPlastic デバイスを搭載しています。 近いン展開のために、 再構成可能でカスタマイ

使用しているため、 ラボでのプロトタイプを

将来、 全ての部品をスペースグレードに置

ズ可能な処理性能を大幅に向上させます。

作成することを目的としています。 但し、き換えた製品をリリースする予定です。

Extreme Engineering 社製
XCalibur4840 CPU ボード

プロセッサ
メモリ
拡張サイト
イーサネットフォームファクタ
温度範囲
OS

XCalibur4840 仕様
Intel Xeon D-2700（旧 Ice Lake-D）
64GB DDR4 SDRAM, 32GB NAND Flash
2x XMC（PCIe x8 Gen3 対応）
40GBASE-KR4, 1000BASE-X, 10/100/1000BASE-T
6U VPX（OpenVPX VITA65）-40 ～ +85℃（コンダクションクール）
VxWorks, Linux

適化されています。 すべてのインタフェー
XSR 100GbE Recorder は、 耐 環 境 仕ス用の堅牢なミニチュア 38999 コネクタ

様の100Gb Ethernet 小型データレコーダ

により、 あらゆる条件で信頼性の高い動作です。 最大5x Gigabit Ethernet, 2x 10Gbが保証されます。 設計は、 サイズ、 重量、Ethernet, 1x 40Gb Ethernet, 1x 100Gb

電力、 およびコスト (SWaP-C) に最適化さ力を通じて気候変動対策のアクショ

Ethernet インタフェースを 2GBytes/s 以上

れています。

ンを呼びかけるキャンペーン「1.5℃

入出力インタフェース
記録スピードストレージ容量
暗号化オプション
タイプ
温度範囲
OS

XSR 100GbE Recorder 仕様
100Gigabit Ethernet
2GB/s
80TB
FIPS 140-2, AES-256
小型ボックス（耐環境仕様）-40 ～ +75℃（コンダクションクール）
Linux

Abaco 社製 GVC1001
耐環境 AI コンピュータを提供するデュアル DLA (Deep Learning
Accelerators) を備えた 512 個の CUDA

止めるために。」を 2022 年 6 月に立ち上げました。
このキャンペーンは世界の平均気温の上昇を産業革命以前と比較して+1.5℃に抑えることを目標としたものです。2022 年現在で既に +1.1℃
上昇しており +1.5℃を達成するため

1. 家庭で節電する

要求と課題に対応するためのプラット

2. 徒歩や自転車で移動する、または

D-2700 ( 旧 Ice Lake-D) プロセッサを搭

リューションを提供します。 2x 40GBASE-

64 GB の DDR4 ECC SDRAM と最大 32

Xavier を搭載した耐環境仕様の AI コンとアルゴリズムを簡単に移植することがで載した 6U VPX-REDI タイプの CPU ボード

KR4、 2x 1000BASE-X、 および 2x 10 /GB のオンボード SLC NAND フラッシュにピュータです。 64 個の Tensor コアと最大きます。

です。 XCalibur4840 は、 SecureCOTSTM

100 /1000BASE-T イーサネットポートに対応します。 また、 各種 I/O モジュールを

11 個の TFLOPS (HP16) パフォーマンス

テクノロジをMicrosemi PolarFireTM FPGA

より驚異的な I/O 速度を提供します。 また、搭載可能な XMC/PMC サイトを 2 つ用意と統合したカスタム機能によりデータが変USB2.0、 PCIe、 バ ッ ク プ レ ー ン 経 由 のしています。 OS は VxWorks、 Linux をサ

更または観察されるのを防ぎ、 厳格なセ

RS-232/422/485 シリアルを含む多数

ポートしています。

り、 小さなフットプリントと標準フォームファ

す。 更に、 10 Gigabit Ethernet、 Gigabit

展示会のご案内( 旧 Ice Lake-D) プ ロ セ ッ サ を 搭 載 し たクタにより、 将来のアップグレードパスを提Ethernet、 PCI Express、 USB 3.0、 およびCOM Express Type7 タ イ プ の CPU モ

供しながらポータブルで過酷な環境に最LVTTL シリアルを含む多数の I/O ポートと

現在のところ今年の出展予定はありません。

ジュールです。 XPedite7750 は、 商用、適です。 オンボードメモリは、 2 チャネルでインタフェースもサポートします。 VxWorks

産業、 および軍事アプリケーションの高帯

32GB のDDR4 ECC SDRAMに対応し、 メ

および Linux をサポートしています。

3. 野菜をもっと多く食べる
4. 長距離の移動手段を考える
5. 廃棄食品を減らす
6. リデュース、リユース、リペア、リサイクル
7. 家庭のエネルギー源を替える

GVC1001 仕様
NVIDIA Jetson AGX Xavier SoM
32TOPS
DisplayPort1.4, SL-DVI
10GbE, Gigabit Ethernet
256GB NVMe SSD
ボックス（耐環境仕様）-40 ～ +71℃（ベースプレート冷却）Linux

XPedite7750 は、 Intel Xeon D-1700

公共交通機関を利用する

8. 電気自動車に乗り換える
9. 環境に配慮した製品を選ぶ
10. 声を上げる
地球の未来の為に私達にもできることはまだあります。次の世代を生きてゆく子供たちのために、できることは始めてみましょう。

受託開発

おわりに

弊社ではソフトウェア・ハードウェア
及び FPGA の受託開発も承っております。お困りの事がございましたらお気軽にご相談ください。
✉ sales@mish.co.jp

テックジャーナルでは、これからも出来る限りお客様に有効となる情報を提供していきたいと思います。
今後ともどうぞよろしくお願いいたします。

https://www.mish.co.jp 23『ミッシュ・テックジャーナル』次回発行をお楽しみに！

境とコード互換性があり、 アプリケーション

モリ集約型アプリケーションをサポートしま

国連広報センターはこのキャンペー
私達個人に呼びかけています。

CUDA や MATLAB などのデスクトップ環

域幅および処理集約型の要件に最適であ質ゼロにする必要があります。

感覚コンピューティングアプリケーションのフ ォ ー ム を 提 供 し ま す。 GVC1001 は、プロセッサ
AI パフォーマンス
ビデオ出力
イーサネット
ストレージ
タイプ
温度範囲
OS

でに約半分に、更に 2050 年までに実電力 (SWaP) グラフィックス、 ビジョン、 AI、

GVC1001 は、 NVIDIA Jetson AGX

22 MISH International Co., Ltd.

の約束－いますぐ動こう、気温上昇をンで「ACT NOW」という 10 の行動をの I/O ポートに加えて、 4 チャネルで最大

プロセッサ
メモリ
イーサネットフォームファクタ
温度範囲
OS

ア有志 108 社とともに、メディアのコアを備えた GVC1001 は、 小型、 軽量、キュリティ機能が必要な用途に理想的なソ

XPedite7750 仕様
Intel Xeon D-1700（旧 Ice Lake-D）
32GB DDR4 SDRAM, 32GB NAND Flash
4x 10GBASE-KR, 10/100/1000BASE-T
COM Express Basic（COMExpress® 拡張 Type 7 ピン配置）-40 ～ +85℃（コンダクションクール）
VxWorks, Linux, Windows

国連の広報センターは日本のメディには、世界の CO2 排出量を 2030 年まXCalibur4840 は、 Intel Xeon

Extreme Engineering 社製
XPedite7750 CPU ボード「1.5℃の約束」

Intel® Xeon® D-2700

MADE IN USA

Extreme Engineering Solutions (X-ES)社は、2002年にアメリカのウィスコンシン州で設立された組込みコンピュータボードのリーディングサプライヤです。シングルボードコンピュー
タ・耐環境システム・ネットワークI/Oモジュール・イーサネットスイッチ・SSDドライブなどのハードウェア及びソフトウェアの供給、また顧客アプリケーションの優れたサポート・サービ
スを提供しており、ミリタリの市場で高い評価を得ています。

東京都立川市柏町 4-56-1 TEL：042-538-7650
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