严峻的环境正在利用实时处理，将机器学习和人工智能提升到一个新水平。
达斯汀·西图，产品营销总监，Premio公司．
深度、实时的数据是人工智能的基础，因此工业环境迫切需要利用智能联网设备产生的海量数据。然而，基于实现可靠机器学习性能的障碍，高性能计算并没有充分服务于这些恶劣和不稳定的环境。这就是“边缘”和“坚固边缘”的区别，后者要求更高，实时工业计算有能力改变工业企业运营和竞争的方式。崎岖的边缘是一个独特的地方，重工业依赖于融合了最新高性能技术的计算系统，以加速各种传感器输入数据的数据处理。
为了在这些严格的设置中开辟新的领域，坚固的、高可靠性的系统必须有效地将数据来回传递到核心——利用减少延迟、加速处理和在需要的地方增加数据存储容量。它融合了计算、存储、连接和加固等最新物联网技术，在恶劣、移动和远程环境中推动可靠性达到新的水平。
使系统能够在崎岖的边缘生存和发展的设计原则是什么?通过仔细观察一些正在发挥作用的新兴物联网应用，可以最好地证明这一点，例如远程信息处理和自动车队路由，这些硬件支持车载计算机的推理分析和机器学习。
通过仔细观察一些正在发挥作用的新兴物联网应用(如远程信息处理和自动车队路由)，可以证明许多使系统能够在崎岖的边缘生存和发展的设计原则。在这些应用中，硬件支持车载计算机的推理分析和机器学习。
实际推理计算
成功的自主船队路由依赖于各种传感器提供的大量数据，这些数据可以实时显示正在发生的情况。除了提高车辆的效率和安全性，这些数据源还有助于车辆跟踪、路由、报告，甚至监控车辆服务的需求。它们还同时处理有关天气和交通状况的数据，以优化燃料消耗。
概念验证证明了这一挑战，以下是一家卡车车队制造商在开发自动路由应用程序时提出的一系列要求:
•商业现货（COTS）工业级计算机，用于快速定制和部署
•高可靠性，通过验证到小型系统足迹中的重击和振动的验证
•无风扇计算设计，能够承受较宽的工作温度和来自汽车电池的输入电压
•嵌入式建筑结构，专门用于聚合和监控高价值数据，并将其传输回实时神经网络
•PCIe GPU支持实时分析和实时检测的计算处理
•高达32tb的存储容量，以记录大量可用数据
•配备了多种I/O和连接选项的紧凑物联网网关，最方便地与各种车辆集成，进行实时处理和数据遥测
在一个基于这些参数开发的系统中，一辆自动驾驶卡车通过部署在车辆上的一系列传感器，如摄像机、激光雷达、雷达和CAN总线，捕捉从a点到B点的路径数据。关键数据，例如，车辆远程信息，GPS和速度，在同步接收调度信息和安全数据，包括道路条件或障碍物。数据被收集、聚合，然后从系统中卸载，以进行进一步的分析。智能算法利用这些数据训练汽车，使其变得更加智能和安全，利用坚固的边缘系统本身作为数据聚合设备，使汽车的神经网络训练成为可能。
在这种类型的推理计算应用中，系统识别出一个四条腿的物体正在过马路，很可能是一只狗，通过依赖边缘的强大处理，通过硬件加速和机器智能实时告知关键决策。除了专门的硬件来有效地处理和运行算法，该应用程序还需要一个被动式冷却设计，经过验证可以在极端温度下运行，具有抗冲击和振动，并支持汽车电池的宽电压电源保护。硬件必须明确设计以满足关键任务移动计算的严格要求，具有强大的多核CPU/GPU处理、更多带宽、低延迟和无缝连接的特性，这些原则将在下面的章节中概述。
自动从动卡车是坚固的边缘系统的一个例子。它在其路线上捕获数据，其中车辆中的一系列传感器通常会通过CAN总线发送该数据。诸如车辆远程信息处理，GPS和速度的关键数据在调度信息和安全数据，包括道路条件或障碍物，包括道路条件或障碍物。
混合性能加速器的实时处理在边缘
边缘计算机只从物联网设备收集信息的日子早已远去。边缘计算硬件的进步使边缘计算的性能得以实现。需要仔细考虑处理器配置，确定系统可以处理的工作负载数量和完成任务的速度。执行数据遥测和车辆远程监控等任务的系统可能会使用低功率但高效的处理器。相比之下，执行复杂和高要求的工作负载，如推理分析和人工智能边缘计算，可能需要更强大和健壮的选择，例如，英特尔酷睿i3、i5和i7处理器。当需要低功耗时，考虑SoC(片上系统)选项，它将计算机的所有组件组合在一个基片上，如CPU核心、集成图形处理器和存储在一个芯片上。这确保了功耗和性能的平衡。
对于需要更多电源的复杂工业工作负载，套接字CPU系统可能是最佳选择。套接字CPU系统通常提供比SOC的性能更多 - 具有更多核心，更高的时钟内核和更高的TDP，它们的温度高于SOC PC。但是，套接字PC由具有CPU机械安装到插座中的CPU的主板组成。使用插座型CPU的工业级边缘计算机也可以在无风扇设计中设计，这些设计在最恶劣的环境中使用被动冷却以获得更好的可靠性。这些类型的计算解决方案在硬化设计中的多核性能和坚固的可靠性之间采取了坚实的平衡。其他组件（例如GPU和Memory）也必须通过主板上的其他插槽手动插入系统中。
注意添加gpu硬件加速可能是理想的人工智能和机器学习应用程序,允许边缘电脑商店,过程,和分析大量的数据,而无需移动数据到云,这些访问大量的并行和顺序CPU核心,实时推理。因此，他们的部署可以节省相当多的资金和互联网带宽，特别是如果一个计量数据计划到位。
边缘计算硬件必须足够坚固，以承受在易变的环境中运行，系统暴露在频繁的冲击、振动、灰尘、碎片，甚至极端温度下。这里通常首选无风扇设计。没有风扇或通风孔的设计，防止灰尘和碎片进入系统，损坏敏感的内部组件。
解决物理计算环境的现实问题
边缘计算硬件必须足够坚固，以承受在易变的环境中运行，系统暴露在频繁的冲击、振动、灰尘、碎片，甚至极端温度下。无风扇设计是这种类型部署的决定性特征。无风扇和通风口，防止灰尘和杂物进入系统，损坏内部敏感部件。风扇本身的消除增加了可靠性，并消除了风冷系统的一个常见故障点。
系统也应该是无线的，确保最佳处理冲击和振动。无线电缆系统不受松散电缆的可能性，可以使系统无法操作。铝和钢的外壳完成了环保策略，使电脑的外部易于清洁，同时防止系统腐蚀和恶化，如果暴露在水和污垢时。保护级别各不相同，因此评估进入额定保护作为设计功能的需求，为系统性能增添可靠性和寿命。
增加RAM以提高响应能力，增加ssd以提高可靠性
边缘PC经常收集，处理和分析从机械，设备和工业物联网设备收集的大量数据 - 足够的存储和快速数据访问是关键的功能。添加到系统的内存越多，对可访问的工作负载越大，即可立即数据缓存。
对于长期存储，小尺寸的坚固的个人电脑可以配备hdd(硬盘驱动器)和/或ssd(固态驱动器)。单个企业级SSD可以存储tb级的数据，并以比硬盘驱动器更快的速度传输数据。此外，坚固的pc机可以配置NVMe ssd，速度极快的存储设备，读取速度可达3,500 MB/s，写入速度可达2,500 MB/s。在配置超坚固的小尺寸PC时，设计师应该选择ssd，因为它们将数据存储在硅芯片上，这比依赖旋转金属盘片存储数据的硬盘驱动器提供了更大的可靠性。就每容量的价格而言，SSD的成本通常是令人望而却步的，但在可能遭受冲击和振动的系统存储中，延迟可靠性和坚固性可能是目光短浅的。也就是说，对于需要大量数据存储的组织，可以增加硬盘驱动器以增加容量。例如，大容量存储可以很好地处理长途驾驶数据，包括一个10gbe连接来双向移动数据——有效存储和访问，以持续训练机器学习算法，以不断改进。
广泛的电源选项保护关键任务的性能
坚固的小尺寸pc配备宽输入电压，允许坚固的计算机系统运行的电源范围从9至50 VDC，增加了不同电源输入场景的兼容性。坚固的小尺寸pc还必须配备过电压保护、功率浪涌保护和反向极性保护。当系统感知到电压超过预定水平时，过压保护会切断系统的电源，以保护敏感的内部元件。为了保护计算机系统不受电涌的影响，需要进行电涌保护。当系统检测到电涌时，它会将电转移到地面，以避免损坏设备上的敏感电子设备。最后，反极性保护确保系统不损坏，如果电源极性颠倒。当这样一个系统检测到极性逆转时，系统的电源将被切断，以防止敏感部件持续受损。这些特性是工业级计算解决方案的独特需求，旨在确保关键任务企业部署中的可靠性和性能。
丰富的I/O保护了与新设备和旧设备集成的灵活性
坚固的边缘pc必须提供多样化的I/O端口和灵活的PCIe扩展，因为它们经常连接到新的和旧的工厂机器、设备和设备。坚固的边缘pc还必须提供集成模块化子板，以适应需要额外的I/O配置。这一关键的设计特性使物联网集成商能够通过即插即用选项来满足I/O需求，这在固定I/O配置中通常是不可用的。流行的I/O选项包括USB 3.1 Gen 2端口，能够数据传输速度高达10Gbs, COM端口为传统设备，和RJ45/M12以太网端口为LAN/ PoE+设备，和通用I/O端口(GPIO)程序在自动化开关触发器。GPIO端口可以容纳没有公共接口的外设、传感器和设备，例如USB端口或传统串行端口。最终，GPIO端口允许边缘计算硬件连接到数字设备，无论年龄;如果一个设备(或其传感器)是功能性的，它可以连接到边缘计算解决方案。
物联网集成商可以通过即插即用选项最好地满足I/O需求。流行的I/O选项包括USB 3.1 Gen 2端口，能够数据传输速度高达10Gbs, COM端口为传统设备，和RJ45/M12以太网端口为LAN/ PoE+设备，和通用I/O端口(GPIO)程序在自动化开关触发器。
了解崎岖的边缘
就像工厂设备在生产线上不断学习识别物体一样，自动驾驶汽车的远程信息处理方案通过机器学习实现了操作性和响应能力的提高。这些系统执行并行计算来处理有关道路状况、危险、驾驶员机动和车辆控制系统的数据-以最小的延迟。在实时处理大量数据时，自主路由解决方案必须足够坚固，以承受可能导致电子可靠性问题的温度、冲击和振动范围。同样关键的是车辆GPS定位的精确程度，以及将所有数据准确地推送到中央数据库的能力，使远程信息管理人员能够实时监控发生的情况。
这些挑战代表了许多新兴的物联网应用，如在工厂车间启用的数据中心性能、使用模块化设计进行智能工作负载整合的智能自动售货系统、部署推理计算以提高输出和安全性的处理工厂，等等。了解崎岖的边缘——它需要什么，它能做什么——将帮助设计师在最严酷的远程和移动环境中找到全新的、令人兴奋的推理计算应用。
有线、无线或以上所有
自动路由解决方案必须能够容纳各种有线，无线和蜂窝连接选项，以便从塔到整个车队网络的无缝连接。优化的系统应配备两个RJ45 LAN端口，用于非常快速的有线数据传输，从1 GBE到甚至10Gbe以及支持唤醒和PXE的支持。如果最终用途应用程序需要额外的RJ45 LAN端口或能够通过单个电缆进行数据和电源的PoE +（IEEE 802.3AT）的RJ45 LAN端口，可以部署易于安装的扩展子板。
如果有线连接不可用，则边缘计算机仍应通过Wi-Fi6（IEEE 802.11ax）的选项连接到Internet，用于通过高速无线LAN连接进行超可靠，低延迟通信。WiFi6还为范围和功耗提供配置灵活性以及在延迟和带宽方面最接近有线LAN的性能。在没有Wi-Fi的情况下，边缘计算解决方案应该能够通过蜂窝4G，LTE和5G连接卸载关键数据。也应集成多个SIM模块套接字，允许组织加入两个数据载波进行冗余。4g以理论速度为100 Mbps的速度，而5g以理论速度为10 Gbps的顶部 - 这种快速蜂窝连接对于远程部署并不总是可用的远程部署非常重要。蓝牙连接是一种额外的选项，可作为轻量级技术，为低功耗设备提供快速和直接的连接。虽然蓝牙不提供Wi-Fi提供的速度和范围，但它确实提供了可靠的一对一和多对多连接。
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