傳統方法的局限性
幾十年來，國防和航空航天系統一直依賴並非為應對當今資料密集型需求而設計的架構。雖然類比量龐大的訊號處理鏈在早期雷達和感測系統中行之有效，但它們在可擴展性、靈活性和效率方面存在固有的限制。隨著感測器解析度的提高，尤其是在相控陣雷達和紅外線成像等應用中，資料量呈指數級增長，對處理能力和功耗都提出了難以承受的要求。
同時，這些系統必須在固定的尺寸、重量和功率 (SWaP) 運作限制內運作。在飛機上，電力是一種共享且有限的資源，各個子系統都從同一有限的電源中汲取能量，使其成為平台上最受限的資源。
在太空系統中，挑戰更加嚴峻：發電受到阻礙，在真空環境中散熱本身就很困難，因為傳統的冷卻方法無法使用。
這些現實暴露了傳統半導體技術和架構的限制。許多現有部署仍然基於成熟的製程節點，無法提供擴展效能所需的效率或密度。因此，系統設計人員必須犧牲部分功能以保持在功耗和散熱範圍內，要么透過將處理任務卸載到其他裝置來接受更高的延遲——這限制了整體任務效能。
向數位化、邊緣原生架構的轉變
未來的道路在於向完全數位化、邊緣原生架構過渡，這種架構可以在資料生成的地方（更靠近感測器的地方）處理資料。
從類比訊號處理過渡到數位訊號處理，可以顯著提升效能、靈活性和整合度。全數位雷達系統透過無需傳輸完整資料集即可觸發警報來降低頻寬需求，並能在像素層級探測到越來越細微的訊號——從雷達系統中的遠距離目標到天基紅外線感測器發射的早期訊號。
雖然這種轉變在各個領域（包括太空、空中、陸地、海軍和網路）都是一致的，但其具體實施方式會根據任務和環境而有所不同，從天基系統的輻射和熱限製到地面和資料中心部署的電力可用性和穩定性。
大規模精準定位：感測器的挑戰
下一個挑戰出現在感測器本身：在不超出功耗和散熱限制的情況下提高解析度。
從類比架構轉向全數位像素可以減小像素尺寸，從而實現更高的像素密度和解析度。但像素密度的提高也會導致處理需求的相應增加，對功耗和散熱能力造成更大的壓力。
數位像素架構的創新正在幫助解決這一挑戰。這些方法透過實現像素小型化和降低單像素功耗，使系統能夠在不超出尺寸、重量和功耗 (SWaP) 限制的情況下提升解析度。此外，將處理能力直接整合到感測器層可以提高靈敏度，並實現更快、更精確的檢測，從而提高精度和任務響應速度。
英特爾18A：開啟新一代邊緣效能與擴展操作能力
製程技術的進步對於實現這些架構轉變至關重要。英特爾 18A 代表著向前邁出的重要一步，在性能、能源效率和密度方面均有所提升，尤其適用於對尺寸、重量和功耗 (SWaP) 有嚴格要求的環境。
與英特爾 16 系列製程相比，英特爾 18A 系列製程的能源效率可提升 5 倍，效能可提升 2 倍，面積最多可縮小 10 倍。這些優勢直接轉化為系統級效益：在相同功耗下實現更強大的處理能力，尺寸和重量更小，並且能夠更靈活地整合更多任務功能。
晶體管以外的創新同樣重要。先進的封裝技術，例如 2.5D 和 3D 集成，能夠實現異構系統，將多個晶片（可能來自不同的製程節點）整合到單一封裝中。這些技術使設計人員能夠針對關鍵功能，採用最先進的製程節點，而對於非關鍵功能，則採用較舊的製程節點，從而優化成本並整合最佳技術，最終形成一個統一的、尺寸、重量和功耗 (SWaP) 優化的系統。這些技術既可以來自英特爾，也可以來自第三方。
在許多情況下，封裝對於決定係統的整體性能、成本效益和設計靈活性而言，與底層矽晶片一樣至關重要。
然而，不斷提高的功率密度和溫度引起的漏電損耗預計會限制性能和能源效率的提升。為了克服封裝散熱的限制，英特爾研發了一類高性能整合散熱器 (IHS)，其液冷效率預計至少是目前最先進的風冷解決方案的兩倍。高效能 IHS 解決方案的其他目標還包括系統級的可靠性、可測試性和可維護性。除了 IHS 中的液冷之外，英特爾還提供多種導熱界面材料 (TIM) 選項，以降低封裝內部的熱阻。
這些進步共同構成了新一代邊緣系統的基礎，這些系統能夠即時處理大量資料流，而不會超出其運作環境的有限條件。
從創新到部署：克服推廣應用挑戰
向先進節點技術過渡並非一帆風順。設計全環柵極電晶體和背面供電等新型架構需要新的工具、方法和專業知識。客製化晶片的開發週期可能長達數年，而成本和進度仍然是國防和航空航天專案的首要考慮因素，在決定採用時間表時，它們往往比性能因素更為重要。
然而，這些挑戰與任何向尖端技術的轉型都息息相關。借助合適的設計賦能、生態系統支援以及諸如基於晶片的設計等模組化方法，國防機構可以在控制風險的同時加快技術應用。儘早參與至關重要，尤其是在先進節點設計週期超出傳統時間表的情況下。
保障技術優勢：美國安全製造能力的作用
隨著先進微電子產品在國家安全中扮演著日益重要的角色，其生產地點和方式與技術能力同樣至關重要。日益增長的地緣政治威脅以及對這些技術的依賴，已將供應鏈安全提升至戰略優先事項的高度。
為此，美國政府呼籲建立完全自主、安全的尖端微電子產品生產能力。英特爾正透過與美國空軍合作開發和管理「安全隔離區」（Secure Enclave）計畫來支持這項工作。
Secure Enclave 是英特爾商業製造環境（英特爾晶圓代工）中的受保護的疊加層，它支援在國內安全生產敏感和關鍵任務型微電子產品，涵蓋設計、製造和先進封裝，從而提供獨特、全面、安全的製造能力。
安全隔離區計畫也建立在政府先前的微電子技術計畫之上，例如快速可靠微電子原型（RAMP）、快速可靠微電子原型商業化（RAMP-C）和最先進的異構整合封裝（SHIP）。這些美國計畫創造了一種合作模式，盟國政府和國際夥伴可以藉鏡這種模式，以幫助確保供應鏈的韌性。
由此產生了一種獨特的能力：在不損害安全性和供應鏈彈性的前提下，開發和部署用於關鍵任務系統的最先進的微電子產品。
在邊緣實現決策優勢
資料成長、運作限制和不斷演變的任務需求三者交匯融合，正在重塑邊緣運算的格局。系統必須在既定的物理和運作限制內提供更強大的功能。滿足這些需求需要一種涵蓋製程技術、系統架構、封裝和安全製造的整體方法。
英特爾 18A 晶片結合先進的封裝技術和安全隔離區功能，為應對這些挑戰奠定了基礎。透過在邊緣實現超高效、高效能的處理，並確保這些功能透過安全可靠的國內供應鏈交付，英特爾正在幫助用戶在最關鍵的領域獲得更快、更精準的洞察。
在任務關鍵型環境中，決策必須在即時且不確定的情況下做出，這種能力不僅僅是技術優勢，而是決定性優勢。
(作者： Gena Gleason，英特爾政府技術公司晶圓代工部門資深總監兼總經理)
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