三防抗惡劣環(huán)境計算機發(fā)展趨勢和特點
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發(fā)表時間2015-10-19 09:59:57
無論是在工業(yè)上還是軍事上，工業(yè)平板電腦、三防加固筆記本電腦、8.1寸加固三防平板電腦的應(yīng)用都很是廣泛。美國是世界上早將計算機廣泛應(yīng)用于軍事目的的國家。當今，美國三防抗惡劣環(huán)境計算機技術(shù)的發(fā)展仍然代表著世界三防抗惡劣環(huán)境計算機技術(shù)發(fā)展的方向和主流。下文將闡述三防抗惡劣環(huán)境計算機發(fā)展趨勢和特點。
1 專用系統(tǒng)向開放式系統(tǒng)轉(zhuǎn)變
美國過去用于武器系統(tǒng)中的計算機，都采用專用系統(tǒng)，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，以及計算機在武器系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，專用系統(tǒng)阻礙了武器系統(tǒng)的發(fā)展，其研制周期長，軟件和硬件成本高，可移植性和互操作性差，維護和培訓(xùn)困難，技術(shù)也相對落后。
開放式系統(tǒng)的基本思想是：采用現(xiàn)成的標準微處理器，標準的實時操作系統(tǒng)、通信規(guī)程和總線接口。它的優(yōu)點是軟件可移植性好，系統(tǒng)研制周期短，改進、升較容易，使用和維護方便。
2 充分利用商業(yè)計算機技術(shù)，定制開發(fā)三防抗惡劣環(huán)境計算機系統(tǒng)
為解決專用系統(tǒng)研制周期長、風險高、價格貴、升難的問題。美國軍方先提倡使用商用現(xiàn)成技術(shù)及產(chǎn)品，以加快計算機技術(shù)更新，縮短周期，降低成本。但商用現(xiàn)成產(chǎn)品變化快，與長壽命的三防裝備需求不相適應(yīng)。從而采取根據(jù)三防需求，充分利用先進的商業(yè)計算機技術(shù)，定制開發(fā)三防計算機系統(tǒng)的途徑。
3 把經(jīng)濟可承受性作為一項重要指標
武器裝備系統(tǒng)中電子信息組成部分占的比例越來越大，必須把“買得起”和“用得起”作為一項重要研制指標。通過采用開放式系統(tǒng)、引入商業(yè)現(xiàn)成技術(shù)和產(chǎn)品、開發(fā)通用硬件模塊和軟件重用，改進可靠性和可維護性，并努力做到需求規(guī)范化、設(shè)備系列化、生產(chǎn)規(guī)?；?，以實現(xiàn)這一目標。
4 向高性能、高可靠方向發(fā)展
比如為提高武器系統(tǒng)探測、預(yù)警、對抗的實時性和精確打擊能力，高端武器系統(tǒng)對三防嵌入式計算機的處理能力提出了新的挑戰(zhàn)，對傳輸帶寬、可靠性、抗干擾、信息融合能力等都提出了更高的要求。例如，美國第四代戰(zhàn)斗機（F－35）的綜合核心處理器（ICP）系統(tǒng)中使用水星（Mercury）計算機系統(tǒng)公司的RACE＋＋系列多計算機系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有100至200多個嵌入式處理器，提供信號處理能力達每秒5000億次浮點（500GFLOPS）運算，數(shù)據(jù)處理每秒400億次定點（40GIPS）運算，計算結(jié)點網(wǎng)絡(luò)總帶寬24GB/s。為此，嵌入式多處理器并行處理技術(shù)、調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、超高速電路板設(shè)計等技術(shù)正待不斷開發(fā)和應(yīng)用。
5 向輕型化和微型化發(fā)展
嵌入式計算機在武器裝備里面能夠占用的空間是十分有限的。這就要求設(shè)計者必須減小嵌入式計算機的體積，減輕其重量，同時必須不斷提高其性能來滿足日益增長的需要。模塊化設(shè)計基于低成本、商用現(xiàn)成技術(shù)、互用和重復(fù)使用的硬件和軟件模塊，可大大降低成本，提高產(chǎn)品性能。另外，可在單個芯片上實現(xiàn)全電子系統(tǒng)的集成（SOC/SOPC），這樣的系統(tǒng)芯片具有信號采集、轉(zhuǎn)換、存儲、處理及輸入/輸出等功能，再植入嵌入式軟件，它能夠大大降低成本、縮小產(chǎn)品體積、提高產(chǎn)品的可靠性，因此已被稱為“未來嵌入式計算機”的基礎(chǔ)。因此，高可靠性/高組裝密度的通用化設(shè)計與組裝技術(shù)、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）及片上系統(tǒng)（SOC）設(shè)計技術(shù)亟待開發(fā)。
6 向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
未來戰(zhàn)爭將會是網(wǎng)絡(luò)化的戰(zhàn)爭，任何武器、作戰(zhàn)人員都可能是網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，因此嵌入式計算機在未來戰(zhàn)場上是無處不在的。無論是在外層空間，還是天地一體化聯(lián)網(wǎng)，終都是通過信息手段實現(xiàn)嵌入式計算機聯(lián)網(wǎng)。分布式的嵌入計算機聯(lián)網(wǎng)后，將發(fā)揮戰(zhàn)斗力“倍增器”的作用，在戰(zhàn)場偵察、環(huán)境監(jiān)控、人員與裝備定位、人員健康狀況監(jiān)控、戰(zhàn)場人員訪問信息及部隊防護等綜合能力都將比立運行的嵌入式計算機系統(tǒng)有質(zhì)的提高。
7 向功能綜合化方向發(fā)展
隨著技術(shù)的發(fā)展，武器信息裝備的數(shù)字化程度越來越高，嵌入式計算機在武器系統(tǒng)中已不再是一個立的系統(tǒng)，而是與其應(yīng)用領(lǐng)域的其它處理設(shè)備協(xié)同工作、彼此滲透，形成較為緊密的相互耦合與控制關(guān)系，如與傳感器信息的融合，可以顯著提高作戰(zhàn)態(tài)勢的感知能力；在戰(zhàn)術(shù)通信、電子戰(zhàn)與雷達等軍事領(lǐng)域，數(shù)據(jù)處理與信號處理只有通過綜合處理系統(tǒng)實現(xiàn)較為緊密的耦合關(guān)系，才能達到系統(tǒng)所需要的處理能力與實時性。如美軍的四代戰(zhàn)機綜合處理系統(tǒng)、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)（JTRS）、數(shù)據(jù)鏈端機等都是計算機和通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。為此，計算機和通信的融合設(shè)計技術(shù)將不斷開發(fā)。
8 軟件功能將會更加強大
隨著武器裝備“四化”（信息化、體系化、自主化和智能化）的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)模式的逐步形成，武器系統(tǒng)越來越成為一種軟件密集型裝備。軟件作為武器系統(tǒng)的重要組成部分，其功能更加復(fù)雜、規(guī)模更加龐大、研制周期更加緊迫、質(zhì)量和可靠性要求更高，軟件的地位更加重要。例如，美軍20世紀50年代的F-4戰(zhàn)機中只有4%的功能由軟件來完成，60年代美軍第二代戰(zhàn)斗機F－111的航空電子系統(tǒng)功能有20%是通過軟件的實現(xiàn)的，而到2000年，F(xiàn)-22戰(zhàn)斗機的80%的功能要靠軟件來實現(xiàn)。武器裝備的功能將會越來越多由軟件實現(xiàn)。
9 計算機及網(wǎng)絡(luò)的安全性將大大加強
信息安全是三防信息系統(tǒng)的關(guān)鍵。美軍在信息安全方面研究力度不斷加強。美國國防部、國防科學(xué)委員會、國防部高研究計劃局（DARPA）等不斷推出有價值的研究報告。建議采用一致的信息安全體系框架和標準尺度，實施細粒度訪問控制，應(yīng)對拒絕服務(wù)攻擊，增強入侵指示警告和攻擊追查，建立全球信息柵格（GIG）信息保障測試環(huán)境等措施，增強信息系統(tǒng)安全性。
10 把認知計算機技術(shù)列為新軍事變革的戰(zhàn)略要點技術(shù)
美國軍方認為，雖然目前的信息系統(tǒng)對美國國防為關(guān)鍵，但它們?nèi)匀贿^于復(fù)雜，容易出錯且排除錯誤代價大，不安全易于受攻擊，需要用戶適應(yīng)它們，而且基本上不夠智能。DARPA信息處理技術(shù)辦公室提出認知計算技術(shù)作為戰(zhàn)略要點之一。認知計算機系統(tǒng)將有能力對它的環(huán)境、目標和自己行為進行推理，能與用戶自然地交互，以健壯的方式對意外事件做出反應(yīng)。
1 專用系統(tǒng)向開放式系統(tǒng)轉(zhuǎn)變
美國過去用于武器系統(tǒng)中的計算機，都采用專用系統(tǒng)，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，以及計算機在武器系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，專用系統(tǒng)阻礙了武器系統(tǒng)的發(fā)展，其研制周期長，軟件和硬件成本高，可移植性和互操作性差，維護和培訓(xùn)困難，技術(shù)也相對落后。
開放式系統(tǒng)的基本思想是：采用現(xiàn)成的標準微處理器，標準的實時操作系統(tǒng)、通信規(guī)程和總線接口。它的優(yōu)點是軟件可移植性好，系統(tǒng)研制周期短，改進、升較容易，使用和維護方便。
2 充分利用商業(yè)計算機技術(shù)，定制開發(fā)三防抗惡劣環(huán)境計算機系統(tǒng)
為解決專用系統(tǒng)研制周期長、風險高、價格貴、升難的問題。美國軍方先提倡使用商用現(xiàn)成技術(shù)及產(chǎn)品，以加快計算機技術(shù)更新，縮短周期，降低成本。但商用現(xiàn)成產(chǎn)品變化快，與長壽命的三防裝備需求不相適應(yīng)。從而采取根據(jù)三防需求，充分利用先進的商業(yè)計算機技術(shù)，定制開發(fā)三防計算機系統(tǒng)的途徑。
3 把經(jīng)濟可承受性作為一項重要指標
武器裝備系統(tǒng)中電子信息組成部分占的比例越來越大，必須把“買得起”和“用得起”作為一項重要研制指標。通過采用開放式系統(tǒng)、引入商業(yè)現(xiàn)成技術(shù)和產(chǎn)品、開發(fā)通用硬件模塊和軟件重用，改進可靠性和可維護性，并努力做到需求規(guī)范化、設(shè)備系列化、生產(chǎn)規(guī)?；?，以實現(xiàn)這一目標。
4 向高性能、高可靠方向發(fā)展
比如為提高武器系統(tǒng)探測、預(yù)警、對抗的實時性和精確打擊能力，高端武器系統(tǒng)對三防嵌入式計算機的處理能力提出了新的挑戰(zhàn)，對傳輸帶寬、可靠性、抗干擾、信息融合能力等都提出了更高的要求。例如，美國第四代戰(zhàn)斗機（F－35）的綜合核心處理器（ICP）系統(tǒng)中使用水星（Mercury）計算機系統(tǒng)公司的RACE＋＋系列多計算機系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有100至200多個嵌入式處理器，提供信號處理能力達每秒5000億次浮點（500GFLOPS）運算，數(shù)據(jù)處理每秒400億次定點（40GIPS）運算，計算結(jié)點網(wǎng)絡(luò)總帶寬24GB/s。為此，嵌入式多處理器并行處理技術(shù)、調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、超高速電路板設(shè)計等技術(shù)正待不斷開發(fā)和應(yīng)用。
5 向輕型化和微型化發(fā)展
嵌入式計算機在武器裝備里面能夠占用的空間是十分有限的。這就要求設(shè)計者必須減小嵌入式計算機的體積，減輕其重量，同時必須不斷提高其性能來滿足日益增長的需要。模塊化設(shè)計基于低成本、商用現(xiàn)成技術(shù)、互用和重復(fù)使用的硬件和軟件模塊，可大大降低成本，提高產(chǎn)品性能。另外，可在單個芯片上實現(xiàn)全電子系統(tǒng)的集成（SOC/SOPC），這樣的系統(tǒng)芯片具有信號采集、轉(zhuǎn)換、存儲、處理及輸入/輸出等功能，再植入嵌入式軟件，它能夠大大降低成本、縮小產(chǎn)品體積、提高產(chǎn)品的可靠性，因此已被稱為“未來嵌入式計算機”的基礎(chǔ)。因此，高可靠性/高組裝密度的通用化設(shè)計與組裝技術(shù)、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）及片上系統(tǒng)（SOC）設(shè)計技術(shù)亟待開發(fā)。
6 向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
未來戰(zhàn)爭將會是網(wǎng)絡(luò)化的戰(zhàn)爭，任何武器、作戰(zhàn)人員都可能是網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，因此嵌入式計算機在未來戰(zhàn)場上是無處不在的。無論是在外層空間，還是天地一體化聯(lián)網(wǎng)，終都是通過信息手段實現(xiàn)嵌入式計算機聯(lián)網(wǎng)。分布式的嵌入計算機聯(lián)網(wǎng)后，將發(fā)揮戰(zhàn)斗力“倍增器”的作用，在戰(zhàn)場偵察、環(huán)境監(jiān)控、人員與裝備定位、人員健康狀況監(jiān)控、戰(zhàn)場人員訪問信息及部隊防護等綜合能力都將比立運行的嵌入式計算機系統(tǒng)有質(zhì)的提高。
7 向功能綜合化方向發(fā)展
隨著技術(shù)的發(fā)展，武器信息裝備的數(shù)字化程度越來越高，嵌入式計算機在武器系統(tǒng)中已不再是一個立的系統(tǒng)，而是與其應(yīng)用領(lǐng)域的其它處理設(shè)備協(xié)同工作、彼此滲透，形成較為緊密的相互耦合與控制關(guān)系，如與傳感器信息的融合，可以顯著提高作戰(zhàn)態(tài)勢的感知能力；在戰(zhàn)術(shù)通信、電子戰(zhàn)與雷達等軍事領(lǐng)域，數(shù)據(jù)處理與信號處理只有通過綜合處理系統(tǒng)實現(xiàn)較為緊密的耦合關(guān)系，才能達到系統(tǒng)所需要的處理能力與實時性。如美軍的四代戰(zhàn)機綜合處理系統(tǒng)、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)（JTRS）、數(shù)據(jù)鏈端機等都是計算機和通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。為此，計算機和通信的融合設(shè)計技術(shù)將不斷開發(fā)。
8 軟件功能將會更加強大
隨著武器裝備“四化”（信息化、體系化、自主化和智能化）的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)模式的逐步形成，武器系統(tǒng)越來越成為一種軟件密集型裝備。軟件作為武器系統(tǒng)的重要組成部分，其功能更加復(fù)雜、規(guī)模更加龐大、研制周期更加緊迫、質(zhì)量和可靠性要求更高，軟件的地位更加重要。例如，美軍20世紀50年代的F-4戰(zhàn)機中只有4%的功能由軟件來完成，60年代美軍第二代戰(zhàn)斗機F－111的航空電子系統(tǒng)功能有20%是通過軟件的實現(xiàn)的，而到2000年，F(xiàn)-22戰(zhàn)斗機的80%的功能要靠軟件來實現(xiàn)。武器裝備的功能將會越來越多由軟件實現(xiàn)。
9 計算機及網(wǎng)絡(luò)的安全性將大大加強
信息安全是三防信息系統(tǒng)的關(guān)鍵。美軍在信息安全方面研究力度不斷加強。美國國防部、國防科學(xué)委員會、國防部高研究計劃局（DARPA）等不斷推出有價值的研究報告。建議采用一致的信息安全體系框架和標準尺度，實施細粒度訪問控制，應(yīng)對拒絕服務(wù)攻擊，增強入侵指示警告和攻擊追查，建立全球信息柵格（GIG）信息保障測試環(huán)境等措施，增強信息系統(tǒng)安全性。
10 把認知計算機技術(shù)列為新軍事變革的戰(zhàn)略要點技術(shù)
美國軍方認為，雖然目前的信息系統(tǒng)對美國國防為關(guān)鍵，但它們?nèi)匀贿^于復(fù)雜，容易出錯且排除錯誤代價大，不安全易于受攻擊，需要用戶適應(yīng)它們，而且基本上不夠智能。DARPA信息處理技術(shù)辦公室提出認知計算技術(shù)作為戰(zhàn)略要點之一。認知計算機系統(tǒng)將有能力對它的環(huán)境、目標和自己行為進行推理，能與用戶自然地交互，以健壯的方式對意外事件做出反應(yīng)。
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