リアルタイムの高性能データが、帯域幅、レイテンシ、クラウドのリソースの課題を解決
NVMe（Non-Volatile Memory Express）は、エッジコンピューティングシステムにデータセンター性能をもたらし、高速なデータストレージとアクセスを可能にします。この技術は、厳しい環境が堅牢なコンピューティングの障害となっていた分野で、推論コンピューティング、人工知能、機械学習を促進し、重工業における高度な自動化能力を強化する画期的なものです。これらの環境では、大量のデータが処理される中でも、高速な不揮発性ストレージによって機械学習アルゴリズムが適切に機能します。
複雑な視覚タスクを完了するために使用されるインテリジェントな物体検出ソフトウェアを考えてみましょう。人間の目よりも信頼性が高く、高性能なこの種の自動化は、深層学習、つまり特定の視覚データの継続的な露出から学習するにつれて、より賢く効率的になるニューラルネットワークに基づいています。
かつてはクラウドのリソースでしか実現できなかったこの広範なデータを取得し分析するために必要な性能は、今日の堅牢なエッジシステムでは、NVMeストレージとCPUおよびGPUの性能、プログラムされたセンサー、およびソフトウェアアルゴリズムを組み合わせることで、より多くの種類のコンピューティング環境で高度な自動化を可能にします。NVMeの動作を考察することで、いかに極端な産業環境が高度な自動化を活用することで競争力を高めることができるかを示します。
各種インターフェースの違いを示しています。
モジュラーNVMeとU.2が柔軟性を追加
NVMeは、PCIeインターフェースを介してNANDや永続メモリのような高速ストレージメディアを活用するために特別に開発されました。SATA SSDがPCIeレーンを完全に活用できないのに対し、NVMeはPCIeレーンに直接接続することでSATAの2倍の速度でデータ転送を行います。PCIe Gen 3プロトコルを使用することで、データは先進的なプロセッサのアーキテクチャに似た並列の低遅延パスを移動します。新しいNVMe SSDは現在、PCIe Gen 4プロトコルへの移行も進んでおり、SSDの読み書き速度をさらに向上させています。
CPUサイクルはより効率的になり、SATAに共通するI/Oボトルネックを回避し、エッジでの推論分析に必要とされる性能を促進します。これにより、メリットが連鎖的に発生します。例えば、読み書き能力はレイテンシの削減とともに向上し、ワークロードが強化され、リアルタイム処理の新たな選択肢が明らかになります。データは可動部品のないフラッシュメモリに保存され、NVMeアーキテクチャ自体がSSDの電力制御能力を提供します。これらの要因は信頼性を高め、バッテリー寿命を延ばし、総所有コストに良い影響を与えます。
NVMeはまた、ホットスワップ機能を通じて、堅牢なエッジシステムに柔軟性を追加します。理想的な設計では、M.2ストレージトレイがホストとして機能し、ドライブの迅速なアクセスと交換を可能にします。単一のオンボードNVMeドライブとは対照的に、ホットスワップ機能は、データがストレージやその他のマスターデータ管理施設にどのように移動されるかの柔軟性を保証します。
最適化されたシステムは、NVMeストレージとの接続のためにU.2インターフェースもサポートしています。小型の平らなM.2ドライブがマザーボードに直接配置されるのに対し、U.2ケーブルは従来のSATA SSDによく見られる別個の2.5インチSSDにアクセスできます。展開環境によっては、ドライブとその発生する熱をマザーボードから分離することで、熱的な利点をもたらす場合があります。
どちらのオプションも、PCIeバスを介してNVMeストレージシステムのメインボードと直接通信し、どちらのオプションも同じ種類のフラッシュメモリを使用します。U.2オプションは、エンドユーザーにこの追加の柔軟性を提供し、M.2よりもわずかに高いストレージ容量（M.2の最大4TBに対し、約8TB）を可能にします。全体として、U.2は最大4つのPCIeレーンと2つのSATAレーンを使用することで、より高速なデータパイプラインを可能にします。
テレマティクスおよび輸送アプリケーションへのメリット
車載センサーによって大量のデータが収集されており、5Gが普及するにつれて、その量はさらに増加するでしょう。AIに支えられたこの包括的でリアルタイムのデータは、最終的に資産追跡の改善、運転行動の評価、生産性の向上、そして全体的な運用とコストの合理化に利用されます。業界全体で、エッジデバイスはモバイルワーカーに依存する業務にとって不可欠であると認識されています。
テレマティクス環境は、広範なデータ、センサー、車両タイプ、運用環境によって非常に多様であるため、柔軟なデータ運用が重要です。例えば、走行中の車両には強力な接続が不可欠であり、テレメトリデータは絶えず行き来しています。ホットスワップ可能なNVMe機能を備えた商用車の堅牢なシステムは、車両から中央データストレージにデータを送信する別の選択肢を提供します。車両が戻ったらドライブを簡単に交換でき、ダウンタイムをなくして車両を稼働させ続けることができます。
顧客体験の最適化
堅牢なエッジ技術は、在庫管理や物流から、パーソナライズされたショッピング体験や売上予測に至るまで、あらゆる分野で役割を担っています。AIは、購買者がすべての権力を持つ市場で競争力を維持するための手段として、小売業者が物理的にも仮想的にもスマートストアを構築することを可能にしました。セルフサービス技術を備えたキオスクは、極端な環境や厳しい温度での性能のために、モジュラーオプションとファンレスオプションを組み合わせた堅牢な設計を特徴とすべきです。ワークロード統合は、性能を保護し、エッジでの効果的なリモート管理によるコスト削減の利便性を可能にするために、コンピューティング、ストレージ、I/Oの多様性、および接続性を考慮します。
高性能コンピューティングの助けを借りて、公共施設やインフラ設備を安全に保つことができます。例えば、堅牢なエッジ搭載AIは、システムがライブビデオを自動的に、または人間の作業者なしで分析することを可能にします。これにより、スタジアム、駅、空港などの市民施設におけるリアルタイムの公共安全に貢献します。ここに展開されるシステムは、過酷な温度（-40°Cから70°C）に耐え、衝撃や振動（5gRMSの振動と50Gの衝撃）に耐え、広範囲の電圧（9から50 Vdc）で動作できる必要があります。
PCIe Gen 3とNVMeストレージが組み合わされることで、開発者は最も過酷な環境でデータロギング、監視、監視用のアプリケーションを作成する権限を与えられます。この設計アプローチは、SATAストレージ技術がこのレベルのエッジ性能には不十分であることを認識し、代わりにデータセンター設計を推進するのと同じ概念に基づいて構築されています。新しい堅牢なエッジシステム設計は、データが生成される場所に近く、性能と信頼性の両方をバランスさせます。
インダストリー4.0の中心にあるAI/ML
インダストリー4.0は、モーション検知、信号伝送、奥行き認識が可能な高性能カメラなど、製造業におけるスマートで接続されたデバイスによって定義されます。堅牢なエッジシステムとその接続ノードは、これらのセンサー対応デバイスによって生成される膨大な量のデータを処理し、ますます高度な自動化を推進します。データはリアルタイムで分析され、品質管理を最適化し、生産を最大化し、市場投入までの時間を短縮する高価値のデータインタラクションを可能にします。モバイルおよびリモート展開は、信頼性を高め、現場での技術サポートを排除する可能性のあるワークロード統合を活用することで、さらに大きな価値をもたらします。
堅牢なエッジはデータが存在する場所であり、今日ではかつてクラウドコンピューティングオプションに限定されていた極端な産業環境も含まれます。ガートナーは、今年末までに250億もの接続されたエッジデバイスを予測しています。これは、あらゆる種類の産業環境がより高度な自動化の競争価値にアクセスできる、新たなレベルのハードウェア介入を表しています。
NVMeは、堅牢なエッジにおけるリアルタイムデータ転送において重要な役割を果たします。U.2オプションと複数のNVMe M.2ドライブを組み合わせた設計により、簡単なデータアクセス、ホットスワップ性、中断のないパフォーマンスを実現し、その価値を広げます。これらの低遅延システムは、データボトルネックを回避し、組織の運営方法を改善する力を持つリアルタイム分析を提供します。特に、NANDフラッシュのギガバイトあたりのコストが下がり続けるにつれて、開発者にはさらに大きな競争優位性を設計する道が開かれます。
堅牢なエッジにおけるハードウェアアクセラレーション
リアルタイムの意思決定と予測分析を実行する能力は、産業運営における戦略的目標としてますます重要になっています。これは今後も続く工学的な課題です。この新たな要請は、急速なデジタルトランスフォーメーションと、自動化アップグレードへの意欲の高まりによって加速されています。堅牢なエッジコンピューティングは、この状況において重要かつ成長する役割を果たし、センサー入力データを通じてデータ処理を加速し、データソースに近い場所でのアクセスと分析を可能にします。