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在工业边缘优化 IT 和 OT

工业物联网 (IIoT), 物联网开发

随着工业边缘计算和网络的不断发展,部署现成硬件来满足生产需求存在极大诱惑力。并且,随着工作负载逐渐转向边缘,这种诱惑可能会更加强烈。采用 IT 部门较为熟悉的设备(如标准服务器硬件)通常是最简单的解决方案。

但最终,这种方案往往代价高昂。IDC 对《财富》1000 强企业的调查表明,IT 设备故障给企业造成的损失可能超过每小时 100,000 美元。

企业需要将商业产品性能与工业平台可靠性相结合的系统。

借助英特尔凌动® x6000E 系列、英特尔® 奔腾®、赛扬® N 和 J 系列(以前称为 Elkhart Lake)等最新处理器,可以使上述系统成为可能。例如,处理器支持从 -40℃ 到 +100℃ 的宽温度范围,且热设计功耗 (TDP) 低于 12 W 。1、2借助这项先进的技术,工业电脑可成为高可靠性的 IT 基础设施——消除了计划性淘汰造成的高额开销,降低了维护要求,并最大限度地延长了系统正常运行时间。

专为工业物联网设计

采用双核和四核处理器,同时在上一代设备的基础上进行了一系列改进,可以优化 IT 和 OT 基础设施,尤其是在边缘。单线程性能提升高达 1.7 倍,多线程性能提升高达 1.5 倍3、基于该平台的系统可以有效处理各种要求苛刻的网络工作负载,而不会降低吞吐量。

在某种程度上,这些性能提升可能要归功于这一代处理器引入的硬件创新(图 1)。其中包括通过英特尔® Platform Trust Technology(英特尔® PTT)和英特尔® Programmable Services Engine(英特尔® PSE)实现的安全集成,英特尔® Programmable Services Engine 是一款卸载引擎,可将 CPU 内核从一系列超负荷任务中解放出来。

英特尔凌动® x6000E 系列以及英特尔® 奔腾® 和赛扬® N 和 J 系列处理器结构图
图 1。全新英特尔® 凌动® x6000E 系列处理器、英特尔® 奔腾® 系列处理器和英特尔® 赛扬® N 和 J 系列处理器可兼顾性能和可靠性。(资料来源:英特尔
  • 基于 Arm Cortex-M7 的英特尔 PSE 卸载引擎提供低 DMIPS 计算能力,并为基于 Arm 的应用程序提供支持。这可实现远程带外设备管理、网络代理、低速 I/O 和实时处理等功能。它还具有时间敏感型同步功能。
  • 英特尔 PTT 在新设备上集成了可信平台模块 (TPM) 2.0 模块,可提供与英特尔® AES New Instructions (Intel® AES-NI) 的加密加速功能配对的密钥生成和存储。

除上述功能外,英特尔 PSE 还支持时间敏感型同步,此功能可与新处理器上的以太网时敏型网络 (TSN) 支持配对。该组合对于许多运营用例中的 IT 基础设施部署至关重要,可帮助基于英特尔边缘计算平台的系统保持与控制设备的同步,同时通过标准 IP 数据包将其数据公开至更广泛的企业网络。

将 TDP 转换为 MTBF

这些设备的 TDP 低至 4.5 W,可以轻松部署至无风扇固态系统内。

例如,全球工业电脑制造商和解决方案提供商 OnLogic 将 Hardshell 无风扇技术应用于其工业型和坚固型计算机系列。工业化的系统设计方法可实现卓越耐用性、被动冷却,并防止环境污染物进入。基于 Hardshell 的平台是由 100 % 金属机箱组成的无通口系统,借助散热器来散热负载。这些系统不含活动部件,因此可以通过 IEC 60068 和 MIL-STD-810 等冲击和振动标准的认证(图 2)。

OnLogic Karbon IPC 硬件外形尺寸
图 2. Karbon 系列坚固型电脑是工业物联网部署的理想选择。(资料来源:OnLogic)

“Karbon 系列属于我们的坚固型产品系列,专为严苛环境而设计,” OnLogic 的产品经理 Maxx Garrison 表示 ,“对于我们部分独创的 Karbon 400 全新功能而言,英特尔 PSE 至关重要,我们能够借此为各种连接和电源管理功能提供支持,包括车载应用的 CAN 总线和汽车电源控制。”

测试表明,Karbon 系列 IPC 的平均无故障时间高达 512,681 小时,即超过 58.5 年。“我们的主要优势之一是让客户安全无忧,无需担心系统更换问题,” Garrison 补充道,“客户购买我们的强化固态系统,设置完成后,就无需再进行维护。”

借助 Rugged IT 基础架构降低运营成本

尽管 MTBF 无法精确测量特定系统何时会发生故障,但它可以提供有关可靠水平的准确指示。即使存在一定的误差,但是将 Karbon 系列等平台的平均无故障时间和成本,与传统 IT 设备的计划外停机损失相比较,孰优孰劣显而易见。

随着越来越多的 IT 基础设施转向边缘,网络工程专业人员将不得不面对当下环境不利于其传统基础设施部署策略这一现实。但是,在体验了工业级 IT 基础设施的优势后,他们可能会看到在“远端边缘”以外的环境中使用这些设备的机会。

比起每小时因设备故障而损失的数万美元,他们还能损失什么呢?

 

免责声明
1 并非所有 SKU 均包含每项特性。
2 并非所有 SKU 都支持实时计算、时间敏感计算或时间同步网络。
3 资料来源:英特尔®。声明基于:a) SPEC CPU 2006 的生产前性能指标预估;以及 b) 3DMark11的生产前预估(使用英特尔® 奔腾® J4205 作为上一代产品)。

 

配置
性能结果基于截至 2020 年 9 月 1 日
的预测结果处理器:英特尔® 奔腾® J6425 PL1=10 W TDP,4 核 4 线程,睿频至高可达 3.0 GHz
显卡:英特尔显卡第十一代 gfx
内存:16 GB LPDDR4-3200
OS:Windows 10 Pro
编译器版本:IC18
处理器:英特尔® 奔腾® J4205 PL1=10 W TDP,4 核 4 线程,睿频至高可达 2.6 GHz
显卡:英特尔显卡第九代 gfx
内存:16 GB LPDDR4-2400
OS:Windows 10 Pro
编译器版本:IC18
性能数据为硅前预测,可能发生变化。随着开展更多测试,可能需要修改报告的评测结果。测试结果因测试中使用的特定平台配置和工作负载而异,并且可能不适用于任何特定的用户组件、计算机系统或工作负载。测试结果不一定代表其他基准测试。

作者简介

Brandon is responsible for Embedded Computing Design’s IoT Design, Automotive Embedded Systems, Security by Design, and Industrial Embedded Systems brands, where he drives content strategy, positioning, and community engagement. He is also Embedded Computing Design’s IoT Insider columnist, and enjoys covering topics that range from development kits and tools to cyber security and technology business models. Brandon received a BA in English Literature from Arizona State University, where he graduated cum laude.

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