擊敗對手的關(guān)鍵？尋找并利用差異化優(yōu)勢。

說起來容易做起來難。畢竟，從戰(zhàn)場、武器裝備到輔助設備，整個環(huán)境都在不斷演變。因此，今天的戰(zhàn)場更像是快節(jié)奏、高分辨率的視頻游戲，而不是歷史戰(zhàn)場。簡而言之，戰(zhàn)爭已經(jīng)數(shù)字化，而且隨著數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)字空間繼續(xù)滲透到我們的現(xiàn)實中，這種趨勢只會加劇。

在數(shù)字世界中，收集、分析和使用所有類型數(shù)據(jù)的速度，通常會對結(jié)果造成重大影響。“在現(xiàn)代和未來的戰(zhàn)場中，是否能夠快速做出正確的決定存在巨大的區(qū)別，”洛克希德馬丁公司高級技術(shù)實驗室的高級研究工程師兼項目經(jīng)理邁克爾霍夫（Michael Hoff，senior research engineer and program manager for Lockheed Martin’s Advanced Technology Laboratories）說。“因此，小延時的流程平臺使觀察（Observe）、定位（Orient）、決定（Decide）、行動（Act，“OODA”） 循環(huán)能夠更快地運轉(zhuǎn)。”

今天的設備依賴于一系列系統(tǒng)（雷達、通訊等）來引導飛機、繪制飛行路線圖和管理通信系統(tǒng)。目前，推動這些應用的核心技術(shù)是用于通信和傳感的定向光束。當然，更高保真度的應用程序（higher-fidelity applications）需要多功能傳感器以及大帶寬通訊的能力，以獲得及時、可操作的洞察力。各種防御平臺都需要傳輸和處理不斷增長的數(shù)據(jù)量，同時最大限度地提高效率和減小時延。超越傳統(tǒng)的電氣互聯(lián)技術(shù)。

“著眼于響應未來戰(zhàn)場需求的下一代平臺概念，數(shù)據(jù)量的增長速度沒有任何放緩的跡象，”霍夫說。“隨著戰(zhàn)場上數(shù)據(jù)的復雜性和數(shù)量不斷增加，更快的決策制定至關(guān)重要。利用 Ayar Labs 的光學 I/O 解決方案的新型傳感平臺在國防部應用中非常重要，可以捕獲、數(shù)字化、傳輸和處理光譜信息。”

洛克希德馬丁公司正與 Ayar Labs 合作開發(fā)多芯片封裝 （multichip package，MCP） 解決方案，將高密度、高效的光學 I/O 小芯片（chiplets）與射頻 （RF） 處理設備放置在同一微電子封裝中。Ayar Labs 的 TeraPHY 光學 I/O 小芯片和 SuperNova 光源的開發(fā)和集成，使得整個平臺更快、更高效、更可靠的數(shù)據(jù)傳輸。操作人員利用相控陣孔徑（phased-array apertures）連接系統(tǒng)，做出更明智、更快速的決策。

這個系統(tǒng)如何工作？

Ayar Labs 的光學 I/O 解決方案使用行業(yè)標準的高產(chǎn)量、高性價比的硅處理技術(shù)，開發(fā)高速、高密度、低功率光學互連 CMOS“小芯片”和多波長激光器，以取代傳統(tǒng)的基于電的輸入/輸出。“TeraPHY 小芯片是第一個單片封裝光學 I/O 小芯片，消除了傳統(tǒng)基于電子系統(tǒng)中的瓶頸問題。TeraPHY 光學 I/O 小芯片與多波長光源 SuperNova 相結(jié)合，以標準電氣 I/O 1/10的功率，提供高達 1000 倍的帶寬效果，并使 ASIC 能夠在很寬的距離范圍內(nèi)（從毫米到兩公里）相互通信。

Ayar Labs 首席執(zhí)行官 Charlie Wuischpard 說：“TeraPHY 光學 I/O 小芯片使用微環(huán)來調(diào)制 SuperNova 激光器，將電子數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光的形式進行傳輸。這個過程極大地擴展了帶寬，使數(shù)百個芯片上的設備能夠?qū)崿F(xiàn)突破性的密度、節(jié)能和改進的性能。”

這些多功能感官系統(tǒng)還創(chuàng)建了一個可重構(gòu)的架構(gòu)（reconfigurable architecture）。“在以前的設計中，平臺只有一個一對一的傳感器——不提供可重構(gòu)性，”Hoff 說。“擁有一個可重新配置的系統(tǒng)好處很多，比如需要訪問頻譜，可以讓系統(tǒng)隨時使用當時需要的傳感器。同時，Ayar Labs 的光學 I/O 解決方案也具備高帶寬路由互連的功能。”

此類技術(shù)也適用于云/數(shù)據(jù)中心、電信、HPC/AI、智能邊緣等多種應用。Wuischpard 說：“這項技術(shù)的基本功能同樣適用于這些應用：以更高的帶寬、更低的延時和功耗在微芯片之間傳輸數(shù)據(jù)。”從軍事角度來看，支持光學 I/O 的潛在應用包括與軌道飛行器的地對空通信、相控陣雷達和通信系統(tǒng)、無人駕駛飛機系統(tǒng)、互連衛(wèi)星之間的通信，以及其他應用（比如：航空行業(yè)擁擠空域的空中交通管制系統(tǒng)）。

項目實施的障礙

（1）同步和高速：在構(gòu)建聚合相控陣系統(tǒng)（converged phased-array system）時同時存在許多挑戰(zhàn)。“首先，要求射頻組件滿足高敏捷性的訪問頻譜”，Hoff 說。“然后，就要快速消化和理解這些信息所需的數(shù)字處理；最后，傳感器和處理資源之間的數(shù)據(jù)傳輸，這可能導致低延遲信息流。”總之難題很多。

（2）環(huán)境惡劣：在航空航天和國防應用領(lǐng)域存在特殊的要求，包括極端溫度、輻射環(huán)境和電子戰(zhàn) （EW） 干擾。對于技術(shù)優(yōu)劣勢的權(quán)衡普遍存在于電子設計中。“在航空航天開發(fā)中，尺寸、重量和功率 （SWaP） 是許多設計問題的核心，之間存在不少的矛盾點。減小組件的尺寸和重量并最大限度地降低功耗是現(xiàn)代航空航天運營的戰(zhàn)略和后勤要求，”Wuischpard 說。

（3）新技術(shù)與未淘汰技術(shù)的融合：下一代技術(shù)與目前已經(jīng)在國防領(lǐng)域部署的許多遺留設備相結(jié)合也存在挑戰(zhàn)。“RFIC（射頻集成電路）和數(shù)字信號處理單元 （DSP） 等傳統(tǒng)組件可以繼續(xù)使用，”Wuischpard 說。“增加的光學收發(fā)器，將使來自傳感器陣列的數(shù)據(jù)一起處理。”

部署基于光學 I/O 的傳感系統(tǒng)是一個包含多個階段的長期計劃。而且因為它是預研項目，所以并沒有嚴格的部署時間表。但目前的計劃是在 2024 年完成工作，并將其過渡到洛克希德馬丁公司的各個業(yè)務領(lǐng)域。審核編輯：郭婷