工業(yè)設(shè)計(jì)中堅(jiān)固邊緣的工作負(fù)載整合

工作負(fù)載整合正在進(jìn)軍嵌入式系統(tǒng)，服務(wù)于工業(yè)自動(dòng)化、車(chē)隊(duì)管理、智能城市等的堅(jiān)固邊緣。換句話(huà)說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)始從不同的子系統(tǒng)專(zhuān)用于特定應(yīng)用程序的傳統(tǒng)架構(gòu)轉(zhuǎn)向更具可擴(kuò)展性的選項(xiàng)，其中計(jì)算和連接資源融合在單個(gè)硬件或計(jì)算平臺(tái)上。

但是，在我們深入研究工作負(fù)載整合如何塑造堅(jiān)固邊緣設(shè)計(jì)之前，讓我們從什么是堅(jiān)固邊緣以及定義堅(jiān)固邊緣的硬件要求開(kāi)始。此外，為什么在惡劣的環(huán)境中部署物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 設(shè)備并不容易。

隨著邊緣計(jì)算從辦公室和數(shù)據(jù)中心的受控環(huán)境擴(kuò)展到制造和自動(dòng)化中更具挑戰(zhàn)性的條件，邊緣計(jì)算不僅需要從機(jī)械和熱工程的角度來(lái)看，而且需要加強(qiáng)它們以更靈活的方式在系統(tǒng)級(jí)別提供功能和特性的能力。

一個(gè)典型的例子是移動(dòng)應(yīng)用程序，如用于車(chē)隊(duì)管理的智能交通，其中車(chē)輛不斷運(yùn)動(dòng)，需要強(qiáng)大的連接性才能通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路來(lái)回傳遞遙測(cè)數(shù)據(jù)。

然后是部署在偏遠(yuǎn)和崎嶇位置的自助服務(wù)亭。在這里，除了抗沖擊、振動(dòng)和極端溫度外，戶(hù)外信息亭和車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中也至關(guān)重要的是計(jì)算、存儲(chǔ)、連接和 I/O 多樣性的正確組合形式的工作負(fù)載整合，以確保邊緣高效可靠的遠(yuǎn)程可管理性。

IoT Edge 的工作負(fù)載整合

邊緣計(jì)算現(xiàn)在配備了多核處理器、巨大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和各種 I/O 選項(xiàng)。接下來(lái)，以硬件加速器的形式提供可擴(kuò)展的計(jì)算選項(xiàng)，可降低 CPU 功耗并利用以前設(shè)計(jì)人員只能從 GPU 獲得的機(jī)器學(xué)習(xí)功能進(jìn)行推理分析。

因此，負(fù)責(zé)分析數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)操作的邊緣節(jié)點(diǎn)必須能夠針對(duì)各種工作負(fù)載優(yōu)化這些資源。這種新需求使工作負(fù)載整合成為移動(dòng)和遠(yuǎn)程部署的關(guān)鍵基礎(chǔ)，由于遠(yuǎn)程應(yīng)用程序中缺乏現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持，這些部署嚴(yán)重依賴(lài)任務(wù)關(guān)鍵型功能來(lái)確保 24/7 的可靠性。

以RCO-3400堅(jiān)固耐用的邊緣嵌入式計(jì)算機(jī)為例，它為由7千新一代英特爾酷睿移動(dòng)式 U 處理器（圖 2）。低功耗 BGA 處理器 （Mobile-U） 在這款堅(jiān)固耐用的邊緣嵌入式計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)健的無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)。RCO-3400是一款功能強(qiáng)大且緊湊的機(jī)器，經(jīng)過(guò)測(cè)試可承受破壞性環(huán)境因素，如寬溫度（-40C至70C），寬電壓和功率保護(hù)（9VDC – 50VDC）以及沖擊和振動(dòng)（5gRMS振動(dòng)和50G沖擊）。

再加上對(duì)用于高速互連的 PCIe Gen 3 接口和用于易失性緩存的 DDR4 內(nèi)存的支持，嵌入式系統(tǒng)工程師能夠在移動(dòng)和遠(yuǎn)程環(huán)境中執(zhí)行數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控、監(jiān)視和其他物聯(lián)網(wǎng)邊緣應(yīng)用。

另一臺(tái)工業(yè)邊緣計(jì)算機(jī)VCO-3400促進(jìn)了工廠(chǎng)和其他工業(yè)環(huán)境中的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用。除了充足的計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量外，無(wú)風(fēng)扇視覺(jué)計(jì)算機(jī)還提供多達(dá) 4 個(gè) PCI 擴(kuò)展插槽，此外還支持用于傳統(tǒng)設(shè)備集成的隔離 DIO 和 COM 端口。VCO-3400專(zhuān)為機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，最關(guān)鍵的I/O端口位于前部，用于DIN導(dǎo)軌支持。

上述設(shè)計(jì)示例還強(qiáng)調(diào)了這樣一個(gè)事實(shí)，即除了多核處理器和高密度內(nèi)存外，模塊化 I/O 和擴(kuò)展插槽的靈活性在平衡和卸載各種復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)工作負(fù)載方面也非常重要。這允許具有最佳端口訪(fǎng)問(wèn)的邊緣計(jì)算機(jī)通過(guò)各種接口和控制功能針對(duì)不同方案優(yōu)化功能。

關(guān)鍵數(shù)據(jù)的硬件安全和加密是機(jī)器雙向通信時(shí)最重要的挑戰(zhàn)之一。物聯(lián)網(wǎng)安全性在服務(wù)于移動(dòng)和遠(yuǎn)程應(yīng)用的堅(jiān)固邊緣設(shè)計(jì)中尤其重要。在這里，RCO-3400 和VCO-3400等堅(jiān)固耐用的邊緣計(jì)算機(jī)提供了實(shí)施可信平臺(tái)模塊 （TPM 2.0） 的選項(xiàng)，TPM 2.0 是使用加密密鑰保護(hù)計(jì)算設(shè)備的最新硬件規(guī)范。

TPM 2.0 可防止在啟動(dòng)過(guò)程中記錄和自主報(bào)告軟件上傳時(shí)導(dǎo)出身份驗(yàn)證密鑰，以阻止惡意軟件攻擊。

2020年及以后的關(guān)鍵趨勢(shì)

工作負(fù)載整合正在推動(dòng)工業(yè)嵌入式計(jì)算機(jī)和邊緣計(jì)算機(jī)的變化，這將成為2020年及以后的關(guān)鍵設(shè)計(jì)趨勢(shì)。例如，平衡數(shù)據(jù)源附近的工作負(fù)載將有助于堅(jiān)固耐用的邊緣設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)AI推理中新發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)。

運(yùn)營(yíng)技術(shù)（OT）和信息技術(shù)（IT）領(lǐng)域的融合是工作負(fù)載整合將壓縮計(jì)算資源以節(jié)省成本并提高工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）效率的另一個(gè)領(lǐng)域。特別是在食品加工廠(chǎng)和汽車(chē)工廠(chǎng)越來(lái)越多地采用的數(shù)字制造流程中，OT和IT世界之間的這種一致性對(duì)于消除技術(shù)獨(dú)奏和不同的架構(gòu)至關(guān)重要。

審核編輯：郭婷