Rugged COM Express提供高性能自动化性能

在“工业互联网”的曙光中，模块化嵌入式系统的赌注正在加大。越来越多的机器正在连接，其中许多机器处于偏远和具有挑战性的环境中，例如石油和天然气、机车、运输和船舶推进系统。为了在更短的时间内满足对更多数据的需求，这些系统必须更快、更长时间地工作。随着对数据的需求加速是计算机处理器的发展。但企业无法承担更换处理器所需的停机时间，或升级处理器时更换载板的费用。根据能源部 2006 年的一项研究，闲置的工业机械每分钟的成本可能高达 800 美元。

需要一个模块化的嵌入式计算架构来解决这些成本和停机时间问题。也许当今可用的模块化架构中最引人注目的是 COM Express。COM Express 为当今日益互联的世界提供了必要的计算能力，同时还延长了底层系统的使用寿命。随着芯片技术的发展，用户可以在不影响底层硬件和资产的情况下切换模块，从而节省时间和金钱。COM Express 技术的模块化、简单性和可靠性有助于企业保持竞争力、盈利和灵活性。

利用处理能力的升级

基于 COM Express 的技术由 PICMG 于 1994 年开发，PICMG 是一个由 250 家公司组成的联盟，为高性能计算应用程序开发开放规范。今天，COM Express 外形尺寸有四种尺寸：

迷你：55 x 84 毫米

紧凑型：95 x 95 毫米

基本款：95 x 125 毫米

扩展：110 x 155 毫米

这些不同尺寸的 COM Express 模块可帮助企业在任何可以想象的工业应用中通过在日益互联的世界中最大限度地提高关键基础设施系统的性能来保持竞争力。

英特尔、AMD 等处理器制造商不断推出新产品证明了提高性能的需求。无论是更好的线程、更多内核、更好的图形、更低的功耗还是更高的时钟速度，这些公司都在不断响应对更多、更快的全面计算的需求——无论是在台式机上还是在嵌入式工业系统中。但是，每当有令人信服的新一代技术可用时，更换一个完整的子组件或子系统是耗时、昂贵且有风险的。然而，利用更高水平的处理器能力和性能是当务之急。将处理器模块与底层载体分离意味着技术升级是无痛且负担得起的。

除此之外，模块化 COM Express 方法允许用户灵活地以适当的价格水平提供特定于应用程序的性能和功率（图 1）。例如，基于 i7 的四核处理器模块可用于特定载板上，以实现高价值、高关键性、高性能的应用——而相同的载板，具有相同的特性和 I/O 功能，使用基于威盛 Nano 处理器的低性能 COM Express 模块，可用于价值较低、关键性较低、要求不高的应用；这导致更低的开发成本和更快的上市时间。

现代机车是这种灵活性的完美用例。今天的机车中有近十几个计算机处理器。虽然这些计算机的处理要求不同，但它们中的大多数具有相似的 I/O 要求。根据应用程序的适当处理器功率级别，使用具有不同 COM Express 模块的相同或类似载板，具体取决于其配置文件，可实现价格/性能平衡。

然而，这种模块化程度的优势远远超出了初始部署。从长远来看，升级性能水平只是更换处理器模块的问题，而不是整个子组件。这可以节省资金，并最大限度地减少对整个模块与周围环境交互方式的不可预见的影响。

在提到的机车示例中，可以升级 COM Express 处理器模块，而不会影响与位于载板上的引擎 I/O 的连接——减少昂贵且耗时的重新认证和测试。COM Express 的模块化赋予了“技术插入”全新的含义。

由于这种模块化优势，COM Express 可以显着延长关键基础设施中关键元件的使用寿命——这对于石油和天然气、能源和运输等工业应用来说是一个宝贵的好处。在利用商业技术时尤其如此 - 通常称为商业现货 （COTS）。

过去，供应商经常在其产品上使用特殊的利基和专有组件。然而，对于许多此类组件供应商而言，确保这些产品持续竞争力的长期承诺——以及对研发大量投资的要求——意味着此类组件通常具有相对较短的使用寿命，并且无法从支持资金充足的计划，以尽量减少过时的影响。

然而，商业产品（例如英特尔和 AMD 的产品）有望受益于开发路线图，该路线图将看到连续几代产品进入市场，每一款都与其前身兼容，并且每一款都能够提供新的性能水平。这种不断的“提升游戏”为 COM Express 技术的用户提供了一个真正的机会——这是一个模块化架构最大限度地利用的机会，使物联网 （IoT） 成为现实。

恶劣环境下的可靠性

COM Express 要提供真正的商业利益，它必须提供另一个重要属性：可靠性。我们正处于“永远在线”计算的时代：灯永远不能熄灭。停机时间意味着收入损失。在许多关键基础设施系统运行的恶劣、敌对环境中，这是一个挑战。今天的互联世界范式并没有区分稳定环境中的系统，例如办公室和数据中心，以及部署在重工业、工厂车间、钻井平台或运输系统中的恶劣环境中的系统。

这些极端的工业条件需要坚固耐用的 COM Express 模块（图 2）。具体来说，它们必须在低至 -40 ºC 和高达 +85 ºC 的温度下运行——例如，石油和天然气作业中经常出现的温度。它们还必须承受高达 40克的冲击以及来自机械或飞机发动机的极端振动。需要保形涂层来抵抗工业环境中典型的湿气、灰尘和化学品。

因此，设计、测试、鉴定和制造模块化架构以部署在工业中许多关键基础设施系统中的恶劣环境中，是一个艰苦而严格的过程——但如果要实现最大的可靠性和正常运行时间，这一点至关重要。模块化很有帮助：通过将处理模块与 I/O 载板分开，制造商可以确保处理模块上的所有组件都经过专门选择，以满足特定应用的扩展温度、冲击和振动水平。在最大性能应力下测试模块也变得更加容易，例如，这可以帮助设计人员在设计周期的早期获得具有均匀温度分布的最佳散热器解决方案。

虽然如前所述，处理器模块的设计受到了相当大的关注，但 COM Express 的模块化使载板的开发成为可能。开发处理器模块的设计和测试工程师不必等到整个载板开发完成来验证处理器模块设计。这种平行的——甚至是地理上分散的——开发可以减少开发时间和成本，同时仍然为恶劣的工业环境提供可靠的解决方案。

为今天和未来提供可靠的性能

灵活地选择无数不同的价格、功率和性能点，使完全坚固的 COM Express 模块化架构成为当今互联世界的高性能工业自动化应用的杰出选择。坚固耐用的 COM Express 不仅可以显着降低生命周期总拥有成本并延长自动化应用程序的生命周期，它们还为企业提供了利用工业互联网的力量和机遇的机会，同时提供出色的可靠性。

审核编辑：郭婷