Die VPX-Architektur als Fundament aktueller Verteidigungs-Elektronik

Offene, interoperable Standards sind heute der zentrale Hebel, um hochkomplexe elektronische Systeme zu realisieren. Gerade im Verteidigungs- und Aerospace-Umfeld, wo Sensorik, HF-Signalverarbeitung, KI-Workloads und robuste Mechanik zusammenkommen, entscheidet die Systemarchitektur über Skalierbarkeit, Latenz, Integrationsfähigkeit und langfristige Verfügbarkeit. Die Entwicklung der VITA-Normen zeigt exemplarisch, wie steigende technische Anforderungen neue Standards und damit ganze Systemgenerationen hervorbringen.

Was unterscheidet VPX und OpenVPX vom VMEbus?

Der VMEbus bildete über viele Jahre die Grundlage für parallele 8- bis 64-Bit-Systeme in Echtzeitanwendungen. Seine Architektur mit getrennten Adress-, Daten-, Steuer- und Interrupt-Bussen sowie die mechanischen Vorgaben nach IEC-  und IEEE-Normen machten ihn zu einem vielseitigen Industriestandard. Diverse Erweiterungen wie VME64x und 2eSST steigerten Bandbreite und Funktionalität, doch der Ruf nach mehr Performance machte weitere Anpassungen erforderlich. Moderne Anwendungen mit hochauflösender Sensorik, digitaler Signalverarbeitung und vernetzten Systemen erforderten eine serielle Architektur mit deutlich höheren Datenraten.

Der Einfluss von Halbleitertechnik auf Verteidigungssysteme

Halbleitertechnik ist eine zentrale Grundlage heutiger Verteidigungssysteme. Sie ermöglicht sichere Kommunikation, präzise Steuerung, datenbasierte Aufklärung und die Integration neuer Technologien wie KI und Edge-Computing.

Max Bucklin

VPX (VITA 46) war die Antwort auf diese Entwicklung. Die Einführung von Switched-Fabric-Kommunikation wie PCI Express, Serial RapidIO, Gigabit Ethernet oder InfiniBand, kombiniert mit neuen Hochgeschwindigkeitssteckverbindern und erweiterten Leistungsprofilen, schuf eine Plattform, die mechanisch ans Europakarten-Format angelehnt blieb, aber elektrisch und thermisch neue Dimensionen erreichte. Die Vielfalt der Implementierungen führte jedoch zu einer Fragmentierung des Marktes, und VPX-Systeme waren häufig nicht vollständig interoperabel.

OpenVPX (ANSI/VITA 65) schuf die notwendige Konsistenz. Durch klar definierte Slot-Profile, Backplane-Topologien und modulare Strukturen entstand eine herstellerübergreifend kompatible Systemlandschaft, die ein breites Ökosystem von Boards und Chassis ermöglicht. Die standardisierte Hochgeschwindigkeitssignalisierung, höhere Bandbreiten und die Unterstützung optischer Verbindungen machten OpenVPX zu einer robusten Grundlage für komplexe, skalierbare Hochleistungssysteme.

Diese Vorteile bietet VNX (VITA 90) für kompakte Systeme

Mit dem Aufkommen von KI-gestützter Sensorik, Video und HF-Systeme stiegen die Anforderungen weiter. Miniaturisierung, Datenraten bis 400 GbE, höhere Leistungsdichte, optische und koaxiale Hochfrequenzpfade sowie Anwendungen mit strahlungstoleranten Hardwareplattformen im Raumfahrtbereich stellten zusätzliche Anforderungen. Der seit Februar dieses Jahres verabschiedete VITA-90-Standard (VNX) adressiert diese ultrakompakten Systeme, die nur ca. ein Drittel des Europakarten-Formats ausmachen. Die VITA-90-Familie umfasst zusätzliche Dot-Standards für optische und koaxiale Schnittstellen, definiert aktuelle Kühltechniken und robuste Befestigungen und schafft Optionen für hohe Leistungsdichte. Eine Ausrichtung an künftigen SOSA-Profilen (Sensor Open Systems Architecture) verbessert darüber hinaus die Interoperabilität und unterstützt modulare Architekturen insbesondere für SWaP-C-kritische Anwendungen.

Parallel entsteht mit VPX 100 gerade die nächste Generation. Sie erweitert OpenVPX technisch nochmals, ermöglicht mindestens die doppelte Kontaktdichte sowie deutlich höhere Datenraten und Leistungsübertragung. VPX 100 ist damit die logische Weiterentwicklung für Systeme, die KI Workloads, Radar, Sensorfusion und Echtzeitverarbeitung in einem einzigen, skalierbaren Ökosystem vereinen müssen, und adressiert damit zukünftige KI-Edge-Plattformen, auch in 4HE.

Erst durch die Standardisierung wird es möglich, FPGA basierte Sensorverarbeitung, KI-Beschleuniger und Hochgeschwindigkeits-I/O modular in einem konsistenten Gesamtsystem zu vereinen – wie die neue Heitec Technologiestudie zeigt.

Vom Standard zur Lösung: OpenVPX-Konzeptboard für KI-Edge-Verarbeitung

Heitec ist seit über zehn Jahren Mitglied in der VITA und hat auf Basis der offenen VPX/OpenVPX-Architektur ein OpenVPX-Konzeptboard entwickelt, das als Referenzdesign für zukünftige High-Performance- und KI-Edge-Anwendungen im Verteidigungsbereich dient. Die Architektur wurde bewusst Vendor-neutral und portierbar gestaltet, um spätere Migrationen zu ermöglichen. Das Board zeigt exemplarisch, wie sich moderne VITA-Standards in ein konkretes Lösungsdesign übersetzen lassen.

Verteidigungsfähigkeit beginnt im Reinraum

Rüstung und Mikroelektronik wachsen zusammen: Geopolitische Spannungen treiben Politik und Industrie zur engeren Kooperation. Doch Europas Stärke liegt nicht in Autarkie, sondern in skalierbarer Produktion, resilienten Lieferketten und kluger Verzahnung ziviler und militärischer Nachfrage.

Frank Bösenberg

Herzstück des Moduls ist ein leistungsstarkes FPGA Intel Arria V mit Linux-Betriebssystem. Optional kann für kompakte Edge-Workloads eine KI-Beschleunigerkarte, z. B. die Hailo-8 (bis zu 26 TOPS), über eine M.2-Schnittstelle integriert werden. Die kundenspezifisch anpassbare Frontplatte bietet ein SFP-Slot (für Kupfer- oder Glasfaser-Module), ein Ethernet-Port sowie diverse Status-LEDs. Über den rückseitigen VPX-Stecker werden die Daten per PCIe an die OpenVPX-Backplane weitergegeben, sodass die Karte problemlos mit weiteren Karten im System interagieren kann.

Die Karte eignet sich für eine Vielzahl von KI-Edge-Anwendungen. Dazu zählen unter anderem Sicherheitserkennung/Umgebungsüberwachung, Bildverarbeitung, kompakte LLMs und weitere KI‑Workloads. Zusätzlich unterstützt die Lösung sowohl KI‑Inferenz (Anwendung eines trainierten KI-Modells auf neue Daten) als auch On‑Board‑Training mit geringer Geschwindigkeit. Die Backplane ist speziell auf Anforderungen im Verteidigungsbereich ausgerichtet, doch sowohl hinsichtlich der Schnittstellen als auch der Funktionalität lässt sich das OpenVPX-Board flexibel auf spezifische Kundenwünsche anpassen.

Mechanik als Systemfaktor: Normgerechte Hardware für VPX/OpenVPX-Plattformen

Mit der zunehmenden Verbreitung von VPX- und OpenVPX-Systemen steigt der Bedarf an mechanischen Komponenten, die Standardkonformität, Robustheit und Integrationssicherheit vereinen. Heitec hat sein Portfolio deshalb gezielt erweitert und bietet mechanische Lösungen, die exakt auf die Anforderungen heutiger VPX-Architekturen abgestimmt sind. Kartenführungen, Profilschienen, horizontale Schienen, Griffe und Frontplatten sind für die VPX-spezifische Offset-Geometrie ausgelegt und lassen sich nahtlos in bestehende Subracks und Chassis integrieren. Alle Zubehörteile entsprechen den mechanischen Vorgaben von ANSI/VITA 46- und ANSI/VITA 65 und sind für anspruchsvolle Einsatzbereiche wie Defense, Aerospace und industrielle High-Performance-Systeme konzipiert. Neben Standard-VPX/OpenVPX-Produkten sind auch projektspezifische Lösungen möglich, die genau auf Einbausituation, Umgebungsbedingungen und technische Anforderungen abgestimmt werden. Die Fertigung erfolgt in Deutschland, und auf Wunsch lässt sich die gesamte Lieferkette regional umsetzen. Das schafft eine vertrauenswürdige, transparente und langfristig abgesicherte Supply Chain und erhöht die Verfügbarkeit auch in sensiblen Beschaffungsszenarien, ein entscheidender Faktor für sicherheitskritische Anwendungen. (na)