Durante décadas, los sistemas de defensa y aeroespacial han dependido de arquitecturas que no estaban diseñadas para la intensidad actual de datos. Las cadenas de procesamiento de señal con fuerte componente analógico, aunque efectivas en generaciones anteriores de sistemas de radar y sensores, presentan limitaciones inherentes en escalabilidad, flexibilidad y eficiencia. A medida que aumenta la resolución de sensores, especialmente en aplicaciones como radar de matriz en fase e imagen infrarroja, el volumen de datos crece exponencialmente, imponiendo demandas insostenibles tanto en procesamiento como en potencia.
Al mismo tiempo, estos sistemas deben operar dentro de límites operativos SWaP (tamaño, peso y potencia) fijos. En los aviones, la energía es un recurso compartido y finito, con subsistemas competidores que obtienen el mismo suministro limitado, lo que la convierte en el recurso más limitado de la plataforma. En los sistemas espaciales, el desafío es aún más agudo: la generación de energía se ve dificultada y la disipación térmica es intrínsecamente difícil en entornos de vacío donde no existen métodos convencionales de refrigeración.
Estas realidades ponen de manifiesto los límites de las tecnologías y arquitecturas de semiconductores heredados. Muchos despliegues actuales aún se construyen sobre nodos de proceso maduros que no pueden ofrecer la eficiencia ni la densidad necesarias para escalar el rendimiento. Como resultado, los diseñadores de sistemas deben sacrificar la capacidad de mantenerse dentro de los límites de energía y calor o aceptar una latencia aumentada descargando el procesamiento a otro lugar, lo que limita la efectividad global de la misión.
Un cambio hacia arquitecturas digitales y nativas de los edges
El camino a seguir está en una transición hacia arquitecturas totalmente digitales y nativas de edge, que puedan procesar los datos donde se generan, más cerca del sensor.
Pasar del procesamiento de señales analógico al digital desbloquea importantes mejoras en rendimiento, flexibilidad e integración. Los sistemas de radar totalmente digitales reducen los requisitos de ancho de banda (al activar alertas sin transmitir conjuntos de datos completos) y detectan señales cada vez más sutiles a nivel de píxel, desde objetos distantes en sistemas de radar hasta indicadores tempranos de lanzamientos en sensores infrarrojos espaciales.
Aunque este cambio es consistente en todos los ámbitos —incluyendo espacio, aire, tierra, naval y ciber—, la implementación varía según la misión y el entorno, desde las limitaciones de radiación y térmicas en los sistemas espaciales hasta la disponibilidad y estabilidad de energía en los despliegues terrestres y de centros de datos.
Precisión a escala: El desafío de los sensores
El siguiente desafío surge en el propio sensor: escalar la resolución sin superar los límites de potencia y térmicos.
Pasar de una arquitectura basada en analógico a píxeles totalmente digitales reduce el tamaño de los píxeles, permitiendo una mayor densidad de píxeles y mayor resolución. Pero el aumento de la densidad de píxeles provoca un aumento correspondiente en la demanda de procesamiento, lo que supone una carga adicional sobre los presupuestos de energía y los límites térmicos.
Las innovaciones en la arquitectura digital de píxeles están ayudando a resolver este desafío. Al permitir tanto la miniaturización de píxeles como un menor consumo de energía por píxel, estos enfoques permiten a los sistemas escalar la resolución sin exceder los límites SWaP. Además, integrar capacidades de procesamiento directamente en la capa de sensores mejora la sensibilidad y permite una detección más rápida y precisa, mejorando tanto la precisión como la capacidad de respuesta a la misión.
Intel 18A: Habilitando una nueva clase de rendimiento en la periferia y ampliación de la capacidad operativa
Los avances a nivel tecnológico de procesos son fundamentales para hacer posibles estos cambios arquitectónicos. Intel 18A representa un avance significativo, ya que ofrece mejoras en rendimiento, eficiencia energética y densidad especialmente adecuadas para entornos con restricciones SWaP.
En comparación con las tecnologías de proceso Intel 16, Intel 18A puede ofrecer 5 veces la eficiencia energética, o el doble de rendimiento, y una reducción de área hasta 10 veces. Estas mejoras se traducen directamente en beneficios a nivel de sistema: mayor capacidad de procesamiento dentro del mismo alcance de potencia, menor tamaño y peso, y mayor flexibilidad para integrar funciones adicionales de misión.
Igualmente importantes son las innovaciones más allá del transistor. Las tecnologías avanzadas de empaquetado, como la integración 2.5D y 3D, permiten sistemas heterogéneos que combinan múltiples chiplets, potencialmente de diferentes nodos de proceso, en un solo encapsulado. Estas capacidades permiten a los diseñadores optimizar costes e integrar las mejores tecnologías para cada uno utilizando nodos de proceso de vanguardia para funciones críticas y nodos antiguos para funciones menos críticas, ya sea de Intel o de fuentes externas, en un sistema unificado optimizado para SWaP.
En muchos casos, el empaquetado se vuelve tan crítico como el silicio subyacente para determinar el rendimiento global del sistema, la eficiencia de costes y la flexibilidad del diseño.
Sin embargo, se espera que el aumento de la densidad de potencia y la pérdida de potencia por fuga por temperatura limiten las mejoras en rendimiento y eficiencia energética. Para superar la limitación térmica del encapsulado, Intel investigó una clase de Dispersores Integrados de Calor (IHS) de alto rendimiento que pueden permitir la refrigeración líquida con una eficacia estimada de al menos el doble de mayor que las soluciones refrigeradas por aire de última generación. Los objetivos adicionales de las soluciones IHS de alto rendimiento incluyen la fiabilidad, la capacidad de prueba y la capacidad de mantenimiento a nivel de sistema. Además de la refrigeración líquida en IHS, Intel ofrece múltiples opciones TIM (Material de Interfaz Térmica) para reducir la resistencia térmica dentro del encapsulado.
Juntos, estos avances forman la base para una nueva generación de sistemas de borde capaces de procesar vastos flujos de datos en tiempo real, sin exceder las condiciones limitadas de sus entornos operativos.
De la innovación al despliegue: superar los desafíos deadopción
La transición a tecnologías de nodos avanzados no está exenta de desafíos. Diseñar nuevas arquitecturas, como transistores de puerta y entrega de potencia trasera, requiere nuevas herramientas, metodologías y conocimientos. Los ciclos de desarrollo del silicio personalizado pueden abarcar años, y el coste y el calendario siguen siendo prioridades principales para los programas de defensa y aeroespacial, a menudo superando las consideraciones de rendimiento a la hora de determinar los plazos de adopción.
Sin embargo, estos desafíos son coherentes con cualquier cambio hacia tecnología de vanguardia. Con la habilitación adecuada del diseño, el soporte del ecosistema y enfoques modulares como el diseño basado en chiplets, las agencias de defensa pueden acelerar la adopción mientras gestionan el riesgo. El compromiso temprano es clave, especialmente a medida que los ciclos de diseño de nodos avanzados se extienden más allá de los plazos tradicionales.
Asegurar la ventaja: El papel de la capacidad de fabricación segura con sede en EE. UU.
A medida que la microelectrónica avanzada se vuelve cada vez más central para la seguridad nacional, dónde y cómo se fabrican es tan crítico como sus capacidades técnicas. Las crecientes amenazas geopolíticas y la dependencia de estas tecnologías han elevado la seguridad de la cadena de suministro a una prioridad estratégica.
En respuesta, el gobierno de EE. UU. ha pedido una capacidad completamente nacional y segura para producir microelectrónica de última generación. Intel apoya este esfuerzo a través de su trabajo con el Departamento de la Fuerza Aérea para desarrollar y gestionar el programa Secure Enclave.
Secure Enclave es una superposición protegida en el entorno de fabricación comercial de Intel – Intel Foundry – que permite la producción nacional y segura de microelectrónica sensible y crítica para la misión que abarca diseño, fabricación y envases avanzados, ofreciendo una capacidad de fabricación única y segura y completa.
Secure Enclave también se basa en iniciativas gubernamentales previas de microelectrónica como los Prototipos Rápidos de Microelectrónica Asegurada (RAMP), los Prototipos Rápidos Asegurados de Microelectrónica Comerciales (RAMP-C) y el Empaquetado Integrado Heterogéneo de última generación (SHIP). Estos programas estadounidenses crean un modelo de cooperación que los gobiernos aliados y socios internacionales podrían adoptar para ayudar a garantizar cadenas de suministro resilientes.
El resultado es una capacidad única: la capacidad de desarrollar y desplegar microelectrónica de última generación para sistemas críticos sin comprometer la seguridad ni la resiliencia de la cadena de suministro.
Habilitando la ventaja de decisión en el borde
La convergencia del crecimiento de datos, las restricciones operativas y la evolución de los requisitos de la misión está transformando el panorama de la computación en el borde. Los sistemas deben ofrecer mayor capacidad dentro de límites físicos y operativos fijos. Satisfacer estas demandas requiere un enfoque holístico que abarque la tecnología de procesos, la arquitectura de sistemas, el embalaje y la fabricación segura.
Intel 18A, combinado con capacidades avanzadas de empaquetado y Secure Enclave, proporciona una base para abordar estos desafíos. Al permitir un procesamiento ultraeficiente y de alto rendimiento en el edge y garantizar que estas capacidades se entreguen a través de una cadena de suministro nacional segura, Intel está ayudando a desbloquear información más rápida y precisa donde más importa.
En entornos críticos para la misión, donde las decisiones deben tomarse en tiempo real y bajo incertidumbre, esa capacidad es más que una ventaja técnica. Es decisiva.
