エッジコンピューティングは、現場で高速かつリアルタイムな意思決定を実現します。クラウドへの接続を不要にすることで、エッジコンピューターは様々なデータ入力を即座に処理できます。IoTおよびIIoTデバイスの数が増え続けるにつれて、これはますます重要になっています。その一方で、IoTデバイスは屋外に展開される傾向があるため、これらのデバイスからデータを収集・分析して管理するための、耐久性と信頼性に優れた屋外用コンピューターの需要が高まっています。このため、エッジコンピューティングは、コンピューターメーカーにとってこの業界に参入し、幅広い産業用アプリケーションにソリューションを提供する大きな機会を生み出しています。このブログ記事では、最適な屋外用コンピューターを選択する際に考慮すべき7つの事項について説明します。
1. 気候と設置場所
屋外用コンピューターを選択する際に最初に考慮すべきことは、コンピューターを設置する環境と場所です。遠隔地の採掘設備、家畜管理、デジタルサイネージ、キオスクなどの屋外設置には、変動する気候条件においても高い性能を維持できる屋外用コンピューターが必要です。このような環境では、極端な低温と高温の両方が発生する可能性があります。そのため、広い温度範囲に耐えられる屋外用コンピューターが求められます。一方、設置場所に関しては、屋外設置は採掘産業のように、小さな塵粒子、土、泥土などの汚れた場所に設置されるのが一般的です。そのため、屋外用PCを保護するために適切な筐体を選択することも重要です。
耐温度性
温度と降水量を基準にした主要な気候帯は、熱帯、乾燥帯、温帯、寒帯、極地の5つです。これらの主な気候の脅威は、コンピューターを屋外に設置した場合に、その故障の一般的な原因となります。これは、コンピューターがオフィスや家庭のような管理された環境にないためです。屋外用コンピューターは、多くの場合、極端な温度にさらされる屋内の工場に設置されます。そのため、コンピューターが広い温度範囲に耐えられることを確認する必要があります。優れた屋外用コンピューターの中には、最低-40℃から最高85℃までの動作温度範囲に達するものもあります。広い温度耐性は、寒い冬や暑い夏の気候状況下での展開におけるコンピューターの優れた耐久性を示します。
ファンレス設計
ファンレス設計は、屋外用コンピューターにとって非常に有益です。受動冷却PCにより、設計者は換気穴や開口部のないシステムを作成できるため、IP65からIP69Kまでの高いIP等級をデバイスに与えることができます。IP69KはIP等級システムで最高の評価であり、微細な塵粒子や強力な高圧・高温水ジェットスプレーからの侵入を防ぐことができます。このIP等級は、デバイスの頻繁な洗浄が必要な汚染地域に展開される場合のコンピューターの互換性にとって重要で有用です。
NEMAエンクロージャ
屋外用コンピューターを屋外に設置する際には、IP等級と同様にNEMAエンクロージャーも重要です。NEMAエンクロージャーは、コンピューターや電子機器を保護し、コンピューターの敏感な部品を屋外の異物や水から安全に保つための一般的なソリューションです。NEMA 4エンクロージャーは、屋外用コンピューターにとって非常に人気のある選択肢です。NEMA 4は、IP等級の低いコンピューターやIP等級のないコンピューターのソリューションとして使用できます。NEMA 4は主に、汚れ、雨、みぞれ、風で飛ばされたほこり、氷の形成、水しぶきに対する追加の保護を提供します。
情報源：Northwest Tech-Con Systems "Hoffman NEMA 4 エンクロージャー"
また、NEMAエンクロージャーには、追加の防錆対策として、オプションで防食材やエポキシEコーティングが施されています。異物侵入防止機能があるにもかかわらず、NEMAエンクロージャーはコンピューターを極端な温度から完全に保護するものではないことに注意することが重要です。さらに、コンピューターが密閉された区画内に収容されているため、内部に熱がこもり、ファンで冷却されるシステムが過熱する可能性があります。このため、受動冷却のファンレス屋外用コンピューターは、低消費電力でほとんど熱を発生しないため、NEMAエンクロージャーへの展開に最適なソリューションとなります。
2. サイズとフォームファクター
屋外環境に産業用PCを配備すると、サイズやフォームファクターの面で課題が生じることもあります。一部のアプリケーションでは、コンピューティング能力のニーズを満たすために、より多くのコンポーネントを追加するための様々な拡張スロットを備えた産業用PCが必要になる場合があります。一方、狭いスペースに収まりながらも強力なパフォーマンスを維持するために、小型フォームファクターの産業用PCが必要な場合もあります。したがって、配備時の屋外アプリケーションに利用可能なスペースに基づいて、フォームファクターを合わせることができます。屋外配備用の産業用PCのラインアップは、強力な産業用コンピューターから、重量もサイズも様々です。市販されている最もコンパクトでありながら強力な小型フォームファクターPCの中には、容積が驚異的な0.58Lで、重さがわずか0.85kgのものもあります。これは堅牢なミニPCと呼ばれ、通常のデスクトップPCの77分の1のサイズで、標準のデスクトップPCの10分の1の軽さです。
3. 信頼性と耐久性
屋外での展開は通常、遠隔地で行われます。そのため、本当に必要なのは、24時間365日稼働を信頼できる信頼性と耐久性のあるコンピューターです。なぜなら、一部のワークロードではダウンタイムは許されないからです。システム障害は会社に多大な損害をもたらす可能性があり、また、メンテナンスチームを探し、遠隔地に派遣して問題に対処するのにも時間と労力がかかります。したがって、問題はさらにエスカレートし、さらにコストがかかるでしょう。屋外用コンピューターを選択する上で、市場で最も信頼性と耐久性の高いPCを選択することが不可欠な要素です。
一体型設計 – 衝撃・振動耐性
産業用PCは一体型設計のシャーシを採用しており、ケーブルレス設計の実装を可能にすることで、接合部品やネジを減らし、堅牢な構造を実現しています。一体型設計は、頑丈な金属製の押し出しアルミニウムで構成されています。この堅牢な設計により、PCは高い振動や衝撃に耐えることができます。このPCは軍事規格（MIL-SPEC-810G）に準拠しており、50G、半正弦波、11ms（SSD搭載時）に耐える衝撃能力と、5Grms、5-500Hz、0.5時間/軸（SSD搭載時）に耐える振動能力を保証します。これにより、ケーブルレス設計は組み立て、分解、メンテナンスを容易にします。
追加保護
電源入力は、地域や用途によって異なります。エッジコンピューティングのインフラストラクチャは、エッジコンピューティングソリューションの性能と機能を向上させています。産業用および屋外用途では、屋外用コンピューターは、電源が不安定な条件や、電力入力が弱い遠隔地でも動作できる必要があります。そのため、屋外用PCはエネルギー効率が高く、これらの問題に対処するための機能を備えています。OVP（過電圧保護）、OCP（過電流保護）を装備し、広い電圧入力を持つことで、電源入力が安定しない屋外設置においてもPCの柔軟性を高めています。55V以上の入力電圧に対する保護機能と、9V～48Vの広い入力範囲により、様々な地域での柔軟性を追加しています。
EMI準拠とストレステスト
屋外用コンピューターを選ぶ際に考慮すべきもう一つの点は、システムがEMIに準拠しているかどうかを確認することです。EMIとは、電子機器によって発生する電磁干渉のことです。すべてのデバイスはある程度のEMIを持っていますが、EMIが制限レベル以下であれば、政府が設計をテストし、許可を与えます。欧州および米国の両方の規格に準拠したEMI準拠のPCを、事前準拠テストを実施して選択する必要があります。また、CEおよびFCC認証として知られる認証を取得する必要があります。PCメーカーがPCの耐久性と信頼性を確保するために、さらにストレステストを実施していることを確認する必要があります。組織は、1500 KGF振動試験機、熱衝撃傾斜炉、温度・湿度チャンバー、信号完全性テスターなどの技術を使用して、高度な試験施設でデバイスをテストおよび測定する必要があります。これらの2つの要素を確認することで、屋外用コンピューターの互換性と長寿命を確保できます。
4. 計算能力と拡張性
次に、屋外用コンピューターが頑丈であるだけでなく、重いワークロードを素早くこなせる強力なコンピューティング能力を備えていることを確認する必要があります。エッジコンピューティングは、リアルタイムのデータ入力を計算できる必要があります。不安定な環境でのアプリケーションでは、瞬時の意思決定が極めて重要です。自動運転業界はその一例です。さらに、屋外用コンピューターに拡張機能があれば、より効率的です。より重いワークロードを伴う一部のアプリケーションでは、コンピューティング能力をアップグレードするために、mini PCIeスロットなどの様々な拡張スロットを備えた産業用PCが必要です。GPUやSSDなどのコンポーネントを追加することで、PCのAI、機械学習、ディープラーニングなどの重いプログラムを実行する能力を高めることができます。つまり、屋外用PCの拡張性により、デバイス全体を変更することなくシステムをアップグレードしやすくなり、企業は新しいハードウェアを完全に購入するのではなく、コンポーネントをアップグレードするだけで費用を節約できます。
超高速 — PCIe 4.0 と NVMe プロトコル
出典：Signal Integrity Journal; NVM express org
PCIe 4.0は、前世代のPCIe 3.0プロトコルと比較して2倍の速度を誇ります。周辺コンポーネント相互接続エクスプレス（PCIe）4.0は、64GB/秒の帯域幅速度と16GT/秒のギガ転送という超高速接続を備えています。PCIe 4.0をNVMe（不揮発性メモリ Express）と組み合わせることで、SSDの真の可能性を最大限に引き出すことができます。例えば、M.2 PCIe NVMe SSDはコンパクトなフォームファクターながら、データの読み書き速度は驚異的に高速です。現在市販されている最速のSSDの一部は、最大5000MB/秒のシーケンシャル読み取り速度と4400MB/秒の書き込み速度に達することができます。つまり、最高の屋外用PCも高速なストレージと接続速度を備えている必要があります。
5. 多様性とワイヤレスネットワーク接続
屋外用コンピューターを遠隔地に展開する場合、汎用性の高いI/Oと無線ネットワーク接続が重要です。汎用性の高いI/Oは、遠隔環境で機能を変更する必要がある場合に利便性を提供します。さらに、遠隔地ではインターネット接続用のLANケーブルが提供されないことが多いため、無線ネットワーク接続は遠隔地での展開において大きな役割を果たします。
多機能I/O
様々なI/Oと互換性のある産業用PCは、他のサポートデバイスや接続との接続に便利です。含めるべきI/Oの一部として、様々なシリアルポート、USBポート、ビデオポート、DIO/GPIO、RJ45 LANポート、M12コネクタ、PCIeスロット、M.2スロット、USB 3.1などがあり、アプリケーション要件に基づいてさらに多くのものが挙げられます。
産業用コンピューターおよび工場自動化における最も一般的なI/Oポートについて詳しく知る
ワイヤレスネットワーク接続
LAN接続を介してクラウドやインターネットに接続できない場合、ワイヤレスはデバイスをインターネットに接続する優れたソリューションです。屋外用コンピューターに搭載したいワイヤレス接続機能には、Bluetooth、4G LTE、5G、Wi-Fi 6（またはWi-Fi 5）などがあります。通常、それらのいずれかをサポートしている場合、コンピューターにSIMカードスロット、M.2 NVMe Wi-Fiカードスロット、Bluetoothカードスロットがあるかどうかを確認できます。これらの仕様により、強力なCPUとGPUの計算能力をクラウド、ネットワークシステム、IoTデバイスに接続して、様々な屋外アプリケーションを実行できます。
6. TPM 2.0によるセキュリティ
屋外用コンピューターは、悪意のあるサイバー攻撃を受けやすく、その攻撃によって損害や損失を被る可能性があります。クラウドからのハッキングであろうと、物理的なストレージ盗難であろうと、ストレージドライブ内の保存されたデータを保護する必要があります。そのため、TPM 2.0（トラステッドプラットフォームモジュール2.0）は、TPM暗号プロセッサーにより保存されたデータを完全に保護できます。これには、システムを改ざんから保護するための複数の物理セキュリティプロトコルが含まれています。さらに、悪意のあるソフトウェアはTPMチップのセキュリティ機能を改ざんできません。
TPM 2.0について詳しく知る: エッジにおけるIoT展開を保護する
7. オペレーティングシステム – Windows IoT Enterprise
最後に、屋外用コンピューターに適したOSを搭載する必要があります。マイクロソフトは、IoT業界を特にターゲットとしたオペレーティングシステムを開発し、安全なIoTソリューションにエンタープライズレベルの管理機能を提供しています。これはWindows 10のフルバージョンですが、ロックダウンコントロールなどのIoTアプリケーションをサポートする追加機能を備えています。ロックダウンコントロールは、キオスクなどの屋外設置に最適です。コンピューターで単一のキオスクアプリのみを実行し、ユーザーがアプリで意図されていない他の機能にアクセスすることを制限できます。Windows IoT Enterpriseは、特定の屋外アプリケーションに基づいて機能とシステムをカスタマイズするのに優れています。