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在工業邊緣最佳化 IT 與 OT

工業物聯網, 物聯網開發

隨著工業邊緣運算與網路的增加,部署現成硬體以滿足生產需求也不失為一個好主意。由於許多工作負載陸續移轉到邊緣,這個誘惑就可能格外強烈。使用 IT 部門習慣的設備(例如標準伺服器硬體),往往是最簡單的解決方案。

但是到頭來,採行這個方法所費不貲。國際數據資訊有限公司 (IDC) 對《財富》1000 強公司的一項調查顯示, IT 設備故障可能造成組織每小時損失 10 萬美元以上。

各公司行號需要的是一套系統,將商業產品效能與可靠的工業平台相結合。

最新的處理器(如 Intel Atom® x6000E 系列處理器和前稱 Elkhart Lake 的 Intel® Pentium® 和 Celeron® N 和 J 系列處理器),讓這些系統都能實現。舉例來說,處理器可支援廣闊的溫度範圍,從攝氏 -40 度到 +100 度,同時執行12 W 熱設計功耗 (TDP)。1, 2 這項先進的技術為工業電腦開啟了一扇大門,以高度可靠的 IT 基礎架構運作,免除計畫過時所造成的過度開銷、減少維護需求,並提供最高的系統運作時間。

專為工業物聯網設計

與前一代的裝置相比,雙核心以及四核心處理器納入一系列的改善,可最佳化 IT 和 OT 基礎架構,尤其是在邊緣更是如此。單執行緒效能提升 1.7 倍,多執行緒效能則提升高達 1.5 倍 3,以該平台為基礎的系統可以有效率地處理各種要求嚴苛的網路工作負載,輸送量也不會降低。

在某種程度上,是新一代處理器所引進的硬體創新,成就了這些裨益(圖 1)。其中包括透過 Intel® Platform Trust Technology (Intel® PTT) 以及 Intel® Programmable Services Engine (Intel® PSE) 的安全整合,這款卸載引擎可減輕 CPU 核心的各種任務開銷。

Intel Atom® x6000E 系列處理器,以及 Intel® Pentium® 和 Celeron® N 和 J 系列處理器區塊圖
圖 1. 全新的 Intel® Atom® x6000E 系列處理器與 Intel® Pentium® 和 Intel® Celeron® N 和 J 系列處理器,可提供效能與可靠度之間的平衡。(資料來源:Intel
  • ARM Cortex-M7 型的 Intel PSE 卸載引擎,可提供低 DMIPS 運算馬力,以及支援 ARM 型的應用程式。這可實現遠端頻外裝置管理、網路代理、低速 I/O 以及即時處理等功能。也具有時效性的同步功能。
  • 在新裝置上,Intel PTT 整合了信賴平台模組 (TPM) 2.0 區塊,提供加密金鑰產生和儲存,與 Intel® AES 新指令 (Intel® AES-NI) 的加密加速功能相配。

除了上述功能,Intel PSE 也支援時效性的同步,此功能與新處理器上的乙太網路時效性網路 (TSN) 相配。這個組合對於許多可操作的使用案例之 IT 基礎架構部署而言至關重要,因為它讓以 Intel 邊緣運算平台為基礎的系統與控制裝置保持同步,同時透過標準 IP 封包將資料揭露到更大的企業網路。

將 TDP 轉換成 MTBF

由於裝置在 TDP 低至 4.5W 的情況下運作,因此輕鬆部署到無風扇的固態系統中。

舉例來說,全球工業電腦製造商與解決方案供應商 OnLogic,便在其工業電腦和堅固型電腦系列套用 Hardshell Fanless Technology。工業化系統設計方法可提供高度堅固、防止環境污染物的異物防護,以及被動式散熱。作為無通風系統,搭載 100%的金屬機殼,Hardshell 型的平台使用散熱器以消除熱負載。由於沒有可移動的零件,此系統可通過衝擊和振動標準認證,例如 IEC 60068 和 MIL-STD-810(圖 2)。

OnLogic Karbon 工業電腦硬體外型規格
圖 2. Karbon 系列的堅固電腦十分適合工業物聯網部署。(資料來源:OnLogic)

「Karbon 系列是我們堅固系列的一分子,專為惡劣環境而設計,」OnLogic 產品經理 Maxx Garrison 表示。「Intel PSE 是我們全新 Karbon 400 某些獨特功能的關鍵所在,使我們能為一系列連線與電源管理功能提供支援,包括控制器區域網路和車用應用程式的汽車電源控制。」

測試顯示 Karbon 系列的工業電腦平均故障間隔 (MTBF) 可達 512,681 小時,或超過 58.5 年。「我們提供的最大賣點之一就是安心,客戶不必擔心需要更換系統,」Garrison 補充道。「他們買了我們家堅固耐用的固態系統,設定之後就可以擺著,什麼都不用管。」

使用堅固的 IT 基礎結構,降低營運成本

雖然 MTBF 不是特定系統何時會發生故障的精確測量方式,但它對可靠度卻能提供準備的指標。即使存在誤差,Karbon 系列等平台的 MTBF 和成本,與傳統 IT 設備計畫外的停機時間相比,隨便計算就會得知根本無法比擬。

隨著越來越多的 IT 基礎架構移轉到邊緣,網路工程專業人員必須面對不利於傳統基礎架構部署策略的環境現實。然而,在體驗工業級 IT 基礎架構的優勢後,他們可能會發現有機會在「遠距」以外的環境中使用這項設備。

除了每小時數十萬美元的設備故障損失,他們還得喪失什麼?

 

免責聲明
1並非所有 SKU 都包含每項功能。
2 並非所有 SKU 都支援即時運算、時效性運算,或時間同步網路。
3資料來源:Intel®。a) 基於 Pre-Si 預測的 SEPC CPU 2006 公制估計之宣稱,以及 b) 基於 Pre-Si 預測的 3DMark11 估計之宣稱,使用 Intel® Pentium® J4205 處理器作為前一代。

 

配置
效能結果依據截至 2020 年 9 月 1 日
的預測 處理器:Intel® Pentium® J6425 PL1=10W TDP,4 核心 4 執行緒,渦輪增壓器最高 3.0 GHz
顯示卡:Intel Graphics Gen 11 gfx
記憶體:16 GB LPDDR4-3200
作業系統:Windows 10 Pro
編譯器版本:IC18
處理器:Intel® Pentium® J4205 PL1=10W TDP,4 核心 4 執行緒,渦輪增壓器最高 2.6 GHz
顯示卡:Intel Graphics Gen 9 gfx
記憶體:16 GB LPDDR4-2400
作業系統:Windows 10 Pro
編譯器版本: IC18
性能數據基於 Pre-Si 預測,可能有所不同。如果進行其他測試,報告結果可能需要修訂。結果取決於測試中使用的特定平台配置與工作負載,可能不適用於任何特定使用者的元件、電腦系統或工作負載。結果未必代表其他基準。

作者簡介

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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