工业设计中坚固边缘的工作负载整合

工作负载整合正在为工业自动化、车队管理、智慧城市等领域的坚固优势服务的嵌入式系统进军。换句话说，嵌入式系统开始从不同子系统专用于特定应用程序的传统架构转向更具可扩展性的选项，其中计算和连接资源正在融合在单个硬件或计算平台上。

但是，在我们深入研究工作负载整合如何塑造坚固边缘设计之前，让我们先从什么是坚固边缘以及定义坚固边缘的硬件要求开始。此外，为什么在恶劣的环境中部署物联网 （IoT） 设备并不容易。

随着边缘计算从办公室和数据中心的受控环境扩展到制造和自动化中更具挑战性的条件，边缘计算不仅需要从机械和热工程的角度进行加固，而且还需要在系统级别提供功能和特性的能力以更灵活的方式。

例如用于车队管理的智能交通等移动应用程序，其中车辆不断行驶，需要强大的连接性才能通过无线链路来回传递遥测数据。

然后在偏远和崎岖的地方部署了自助服务亭。在这里，除了抗冲击、振动和极端温度之外，户外信息亭和车辆监控系统的设计还至关重要的是工作负载整合，以正确组合计算、存储、连接和 I/O 多样性的形式，以确保高效和在边缘进行可靠的远程管理。

IoT Edge 的工作负载整合

边缘计算现在配备了多核处理器、巨大的数据存储和各种 I/O 选项。接下来，有硬件加速器形式的可扩展计算选项，可降低 CPU 功率并利用以前设计人员仅从 GPU 获得的机器学习功能进行推理分析。

因此，负责分析数据和实时行动的边缘节点必须针对各种工作负载优化这些资源。由于远程应用程序缺乏现场技术支持，这种新需求使工作负载整合成为移动和远程部署的关​​键基础，这些部署严重依赖关键任务功能来确保 24/7 的可靠性。

以RCO-3400坚固型边缘嵌入式计算机为例，它为由第 7 代 Intel Core Mobile-U 处理器提供支持的较重工作负载提供了更高的处理器速度（图2）。低功耗 BGA 处理器 （Mobile-U） 有助于在这款坚固耐用的边缘嵌入式计算机中实现稳健的无风扇设计。RCO-3400 是一款功能强大且结构紧凑的机器，经测试可承受破坏性环境因素，如宽温（-40C 至 70C）、宽电压和电源保护（9VDC – 50VDC）以及冲击和振动（5gRMS 振动和 50G震惊）。

再加上支持用于高速互连的 PCIe Gen 3 接口和用于易失性缓存的 DDR4 内存，嵌入式系统工程师可以在移动和远程环境中执行数据记录和监控、监视以及其他物联网边缘应用。

另一款工业边缘计算机VCO-3400有助于工厂和其他工业环境中的机器视觉应用。除了充足的计算能力和存储容量外，这款无风扇视觉计算机还提供多达 4 个 PCI 扩展插槽，此外还支持用于传统设备集成的隔离 DIO 和 COM 端口。VCO-3400 专为机器视觉应用而设计，最关键的 I/O 端口位于前端，用于支持 DIN 导轨。

上述设计示例还强调了一个事实，即除了多核处理器和高密度内存之外，模块化 I/O 和扩展插槽的灵活性对于平衡和卸载各种复杂的物联网工作负载具有重要意义。这允许具有最佳端口访问的边缘计算机通过各种接口和控制能力来优化不同场景的功能。

随着机器双向通信，硬件安全和关键数据加密是最重要的挑战之一。物联网安全性在服务于移动和远程应用的坚固边缘设计中尤为重要。在这里， RCO-3400和VCO-3400等坚固耐用的边缘计算机提供了实施可信平台模块 （TPM 2.0） 的选项，这是使用加密密钥保护计算设备的最新硬件规范。

TPM 2.0 可防止在启动过程中记录和自动报告软件上传时导出身份验证密钥，以阻止恶意软件攻击。

2020 年及以后的主要趋势

工作负载整合正在推动工业嵌入式计算机和边缘计算机的变革，这将成为 2020 年及以后的关键设计趋势。例如，平衡数据源附近的工作负载将有助于坚固的边缘设计，以迎合实时人工智能推理中新发现的机会。

运营技术 （OT） 和信息技术 （IT） 领域的融合是工作负载整合将压缩计算资源以节省成本并提高工业物联网 （IIoT） 效率的另一个领域。尤其是在食品加工厂和汽车工厂越来越多地采用数字化制造过程中，OT 和 IT 世界之间的这种一致性对于消除技术单独和不同架构至关重要。

审核编辑：郭婷