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營運效率

物聯網虛擬化帶動工廠自動化的潛力

工廠自動化

工業製造商天生保守。設備的價值以及潛在責任意味著,若未能先提供獲證實的使用案例,他們通常不會採用新技術。

因此,縱然人工智慧與物聯網將徹底改變物聯網工廠自動化,但工業數位轉型所需的許多執行技術,依舊必須經歷從製圖板到可行概念驗證(PoC)的過程。智慧物聯網系統基礎架構的基礎,是這個過程的起點,此時工作負載整合這類構想尚未成功在真實世界工廠大規模展示。

事實上,許多自動化專業人士可能依舊對工作負載整合不熟悉,也不清楚達成智慧工廠目標為什麼重要。簡而言之,這個詞描述的是一種將多核心處理器虛擬化的方式。因此,製造商可以消除所有備援系統、減少總能耗、儘量減少延遲、並且降低成本

雖然看似簡單,但實則不然。自動化使用案例尚無法充分證明工作負載整合,原因之一在於,影像處理和深度學習這類智慧物聯網工作負載無法輕易虛擬化。事實上,若缺少納入第 12 代 Intel® Core 處理器(前身為「Alder Lake」)的介面虛擬化和 I/O 共用這類進階功能,就完全無法將智慧物聯網工作負載虛擬化。

真實世界的工業概念驗證已經展現了這些技術。但若要徹底領會這些技術,我們必須先瞭解之所以需要它們的原因。

虛擬圖形遭到孤立

雖然物聯網虛擬化並非新技術,但工作負載虛擬化有難易之別。開發人員嘗試將顯示卡硬體虛擬化時傷透腦筋,因為 GPU 通常是主機處理器周邊裝置。GPU 這種專業的周邊裝置可從主機處理器匯出至另一部虛擬機器(VM),但就是缺乏原生自行支援虛擬化的功能。

換句話說,GPU 資源無法在多部 VM 之間輕鬆共用。

開發人員可竭盡所能,模擬擔任驅動程式與實體 GPU 之間中介的虛擬 GPU,但這類技術可能大幅增加延遲,而且邊緣應用程式無法容忍這等延遲。

協助虛擬 GPU 充分發揮潛力

若要讓工作負載整合與智慧物聯網技術在工業締造群眾效應,硬體加速 GPU 虛擬化是必要條件。所幸,對物聯網工廠自動化專業人士來說,第 12 代 Intel® Core 處理器的諸多增強功能,包括虛擬 GPU 效能提升。

這類處理器處理問題時,並非透過奇特的基礎架構,或是比邊緣系統可能使用數量還多的繪圖執行單元,而是在連接 GPU 周邊裝置的 I/O 中處理。為此,這類處理器在 Intel® Graphics Virtualization Technology (Intel® GVT) 新增單一根目錄 I/O 虛擬化(SR-IOV)支援,讓 VM 可存取 GPU 的 PCI Express 連接埠的實體功能。

這樣一來打造出的 GPU,可以近乎原生的效能層級,在工作負載整合式系統被自行分配。簡而言之,它是直接在硬體執行資源資源共用,而非全然在軟體進行。

第 12 代 Intel® Core 處理器率先同時支援 Intel® Xe GPU 架構與 SR-IOV 虛擬化功能。另外,高效能運算技術全球供應商 DFI, Inc. 提供了 ADS310-R680E 這款 microATX 主機板,是第一款配備 GFX SR-IOV 功能的平台。它還支援高達四部外接式顯示器、Intel® OpenVINO 工具組深度學習,以及採用 Linux Kernel 的虛擬機器(KVM)。

工業工作負載整合的證明論點

工業自動化設備若要順利移轉至智慧物聯網,不僅必須新增功能,同時也不能犧牲決定性。SR-IOV 這類最佳化可讓工程師充分發揮新式軟體技術的彈性,無論程式是透過實體主機或虛擬方式執行,依舊能締造原生硬體效能,進而達成這項目標。

ADS310 屬於近期與 Intel 的聯合 SR-IOV 概念驗證,展示了繪圖虛擬化如何在工業自動化技術堆疊中執行。在此,OpenVINO 人工智慧演算法在 Ubuntu 容器中執行,並且分析攝影機影像,然後透過 HDMI 傳送至本機監視器。另外,相同的資料也會饋送至兩個 Windows 10 作業系統、由 KVM hypervisor 分割,然後透過 Wi-Fi 和 HDBaseT 乙太網路轉送至遠端顯示器。

若未安裝 SR-IOV,兩個 Windows 10 執行個體可達到 28 fps 的畫面播放速率。若有 SR-IOV,VM 畫面播放速率便躍升至 60 fps 畫面播放速率,也就是順暢畫面彩現共同的目標。

移轉至工作負載整合式系統架構的效率、生產力、易用性和成本效益,顯而易見且佐證資料完備。如今,拜第 12 代 Intel® Core 處理器的整合式功能之賜,它們也在實際世界獲得了驗證。

自動化產業,準備改頭換面。

 

本文由 insight.tech 編輯副總監喬治妮.貝內施(Georganne Benesch)編輯。

作者簡介

Brandon is a long-time contributor to insight.tech going back to its days as Embedded Innovator, with more than a decade of high-tech journalism and media experience in previous roles as Editor-in-Chief of electronics engineering publication Embedded Computing Design, co-host of the Embedded Insiders podcast, and co-chair of live and virtual events such as Industrial IoT University at Sensors Expo and the IoT Device Security Conference. Brandon currently serves as marketing officer for electronic hardware standards organization, PICMG, where he helps evangelize the use of open standards-based technology. Brandon’s coverage focuses on artificial intelligence and machine learning, the Internet of Things, cybersecurity, embedded processors, edge computing, prototyping kits, and safety-critical systems, but extends to any topic of interest to the electronic design community. Drop him a line at techielew@gmail.com, DM him on Twitter @techielew, or connect with him on LinkedIn.

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