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嵌入式計算機系統(tǒng)無處不在。如果你去過一家超級市場,并且注意到墻上有售貨亭機,那么這些售貨亭很有可能由嵌入式計算機供電。本文將介紹有關嵌入式PC和計算機所需的一切知識。
什么是嵌入式計算機?
嵌入式計算機是一種專用計算機系統(tǒng),通常被描述為較大機器或系統(tǒng)中的單個系統(tǒng)。嵌入式計算機用于運行特定的應用程序以執(zhí)行預定的功能。嵌入式計算系統(tǒng)與普通的消費者級臺式計算機具有許多相同的部分。這些部分包括CPU,GPU,RAM和存儲設備。但是,主要區(qū)別在于嵌入式系統(tǒng)利用工業(yè)級組件,這些組件可使系統(tǒng)承受惡劣的工作條件。
嵌入式PC隨處可見。它們用于車輛,交互式信息亭機,工廠自動化生產(chǎn)線,安全和監(jiān)視系統(tǒng)以及許多其他設備中。那么,什么是嵌入式計算機,它們如何工作以及嵌入式計算機的一些示例?我們將在以下各節(jié)中回答所有這些問題。
嵌入式計算機主要有兩種類型,即SoC(片上系統(tǒng))嵌入式PC,其中CPU,GPU,芯片組和I / O構建在單個硅基板上。另一方面,插槽式嵌入式計算機是將諸如帶有專用PCH和GPU的CPU等組件安裝到主板上以提高性能。
對于簡單的入門級工作負載,SoC往往功耗較低。盡管如此,SoC和Socket PC都是為特定工業(yè)工作負載而設計的,例如工業(yè)自動化和控制,自動駕駛汽車,物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關,醫(yī)學影像,自助服務終端機,智能自動售貨機和數(shù)字標牌。
通常,嵌入式計算機的設計和制造要嚴格,因為它們通常部署在惡劣的環(huán)境中,例如室外數(shù)字標牌和雜物重的工廠車間。因此,他們必須能夠應對這種挑戰(zhàn)性環(huán)境中的部署。因此,大多數(shù)堅固耐用的嵌入式PC的設計和制造都可以承受頻繁的沖擊,振動,灰塵,濕度和極端溫度。
嵌入式計算機可以部署在室內,在室溫環(huán)境中以及在極端溫度條件下的室外環(huán)境中使用,例如溫度達到-40?C的低溫環(huán)境以及在高溫下達到85?C的高溫環(huán)境。
嵌入式計算機的主要組件是什么?
嵌入式PC使用以下組件制成:
1、CPU(處理器)
嵌入式計算機的主要組件是CPU,通常稱為處理器。CPU負責執(zhí)行計算機的計算任務。選擇解決方案時,應考慮所需的處理能力。如果希望系統(tǒng)執(zhí)行入門級工作負載,則可以選擇低功耗,的SoC解決方案,例如Intel?Celeron?J1900,它具有執(zhí)行簡單工作負載的功能。但是,如果您希望系統(tǒng)執(zhí)行復雜的工業(yè)工作負載,則應選擇一種插槽解決方案,因為通??梢允褂霉δ軓姶蟮腎ntel?Core?i3,i5和i7處理器對其進行配置。也就是說,無論您選擇使用SoC解決方案還是套接字解決方案,兩者都可以被被動冷卻,從而創(chuàng)建了一個堅固的系統(tǒng),可以在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中進行部署。
另外,值得注意的是,OEM廠商通常會跳過處理器,因為他們想降低嵌入式PC的成本。但是,為系統(tǒng)供電不足會導致性能下降,從而減慢組織的工作流程。因此應始終使用適當?shù)腃PU配置系統(tǒng)。
2、助力邊緣的性能加速器
可以將某些性能加速器添加到嵌入式計算機中,以加速人工智能(AI),機器學習(ML)和深度學習(DL)工作負載。
A.GPU(圖形處理單元)
可以將GPU添加到嵌入式PC中,以加快某些應用程序的性能。例如,GPU能夠加速人工智能和機器學習工作負載,因為它們能夠處理和處理比CPU大得多的數(shù)據(jù)塊。此外,GPU在執(zhí)行AI工作負載時比CPU效率高得多,因為它們具有比CPU多得多的內核,可以執(zhí)行并行計算,而CPU非常適合順序計算。GPU非常適合自動駕駛汽車,醫(yī)學成像,基于視覺的質量保證以及其他各種圖形密集型任務。此外,由于部署在邊緣的嵌入式解決方案靠近數(shù)據(jù)生成源,因此部署在邊緣的嵌入式解決方案可以低延遲實時處理關鍵任務數(shù)據(jù)。
B. VPU(視覺處理單元)
此外,可以將VPU添加到嵌入式計算機中,以加速機器視覺,機器學習,面部和對象識別,AI應用程序以及高端圖像處理應用程序。VPU通過承擔通常由處理器執(zhí)行的工作負載并在視覺處理單元(VPU)本身上執(zhí)行工作,而同時使用的功耗要少于GPU來執(zhí)行同一任務所需的功耗。邊緣計算和更多的機器智能推動了對近數(shù)據(jù)性能加速器的需求。
C. FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)
FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)是可以根據(jù)需要進行編程的集成電路。由于FPGA具有加速AI,ML(機器學習)和DL(深度學習)工作負載的能力,因此通常被添加到嵌入式計算機中。而且,它們提供的性能優(yōu)于GPU,從而顯著加速了組織的整個AI工作流程,而功耗卻低于GPU。由于FPGA具有針對各種市場的可編程特性,因此在計算系統(tǒng)中特別受益。
D. NVMe計算存儲設備(CSD)
此外,可以將NVMe計算存儲添加到嵌入式系統(tǒng)中,以加速某些工作負載。通過計算存儲,可以在存儲設備級別處理數(shù)據(jù)。這減少了必須在存儲設備和計算平面之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。這樣,通過消除存儲到處理器的瓶頸,CSD可以顯著增加數(shù)據(jù)密集型工作負載,而不是計算密集型。
3、RAM –系統(tǒng)內存
RAM也是大多數(shù)嵌入式計算機的重要組成部分。RAM(隨機存取存儲器的縮寫)用于存儲系統(tǒng)需要快速訪問的數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)加載到RAM后,計算機可以從中快速檢索所需的信息。使用RAM是因為它比SSD和其他存儲設備要快得多。通常,添加到設備的RAM越多,它就會變得越快,響應越快。另外,添加到系統(tǒng)的RAM越多,同時運行多個應用程序時系統(tǒng)的性能越好。
具有更多RAM的設備速度更快,因為它們可以更快地訪問信息,因此花費更少的時間來嘗試從硬盤驅動器或固態(tài)驅動器中查找信息。也就是說,RAM是易失性的內存類型,這意味著它在每次關閉系統(tǒng)時都會重置,從而清除曾經(jīng)加載到其上的數(shù)據(jù)。這是SSD + HDD和RAM內存之間的主要區(qū)別。SSD和HDD提供長期的數(shù)據(jù)存儲,而RAM提供短期的數(shù)據(jù)存儲。
4、儲存
嵌入式系統(tǒng)中常見的第三個組件是存儲。嵌入式系統(tǒng)必須能夠存儲數(shù)據(jù)。因此,通常使用HDD(硬盤驅動器),SSD(固態(tài)驅動器)或M.2 NVMe SSD對其進行配置。NVMe SSD是配置嵌入式計算機的快類型的存儲設備,可提供高達3500 MB / s的數(shù)據(jù)讀取速度和高達2500 MB / s的讀取速度。
也就是說,系統(tǒng)仍可以配置有SSD和HDD。常規(guī)SSD比NVMe選件便宜,并且往往具有更大的存儲量,這使它們成為某些組織的有吸引力的選擇。而且,SSD比傳統(tǒng)的HDD快得多,因為它們將數(shù)據(jù)存儲在NAND芯片上,這使它們的讀寫數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)的硬盤快得多。
但是,某些客戶仍在使用硬盤驅動器,因為它們以誘人的價格提供了大量的數(shù)據(jù)存儲。因此,對于希望在嵌入式設備上存儲大量數(shù)據(jù)的組織,硬盤仍然有意義,因為它們是的設備存儲形式。因此,需要數(shù)據(jù)存儲量的組織只能通過使用硬盤驅動器來實現(xiàn)此目的。SSD的尺寸已經(jīng)增加;但是,硬盤仍以競爭力的價格提供的存儲容量。
5、I / O端口
嵌入式計算機具有豐富的I / O端口,允許系統(tǒng)連接到新技術,舊技術,其他設備和傳感器以及互聯(lián)網(wǎng)。特別是對于工業(yè)4.0,許多嵌入式計算機可以管理和合并來自舊設備和數(shù)字設備的工作負載,以提高運營效率。
嵌入式系統(tǒng)上常見的I / O端口包括:
USB Type-A端口
雙RJ45 LAN端口
串行COM端口
音頻輸出/音頻輸入端口
HDMI,DP和DVI端口
GPIO(通用輸入/輸出)端口
6、冷卻液
嵌入式系統(tǒng)可以使用低功耗處理器和功能強大的處理器進行配置。也就是說,無論您選擇低功耗處理器還是高性能處理器,嵌入式PC都會通過使用散熱器進行被動冷卻。散熱器將熱量從內部發(fā)熱組件散布到外殼上,從而將熱量散發(fā)到PC周圍的環(huán)境中。堅固耐用的嵌入式PC的外部隔層具有鰭片,這些鰭片增加了設備的表面積,從而增強了系統(tǒng)的散熱能力。
也就是說,如果您需要一臺能夠處理諸如AI,推理分析或深度學習之類的復雜工作負載的PC,則可能必須配置一個包含GPU的系統(tǒng)。GPU之所以出色,是因為它們可以加速這些工作負載。但是,它們會產(chǎn)生大量熱量。因此,沒有某種類型的主動冷卻功能就無法冷卻GPU,通常必須對其進行主動風冷以使其正常運行。
因此,配置有GPU的系統(tǒng)并非完全無風扇。CPU可能仍會無風扇冷卻,但是GPU將需要主動風冷,這意味著系統(tǒng)將不會完全無風扇。也就是說,帶有GPU的系統(tǒng)仍然經(jīng)過嚴格設計,可以與完全無風扇的系統(tǒng)部署在某些相同的環(huán)境中。