邊緣運算所需的 10 大電腦硬體要件
擁有 30 多年工業運算解決方案工程和製造經驗的專家小提示
隨著 IoT (物聯網) 和 IIoT (工業物聯網) 裝置的數量不斷增加，它們產生的數據量和速度也隨之增加。為了應對不斷增加的數據量，邊緣運算硬體正在部署，以減輕雲端和資料中心的負擔。那麼，邊緣運算需要哪些電腦硬體呢？我們將在下面詳細回答這個問題。
什麼是堅固型邊緣電腦？
堅固型邊緣電腦是工業級堅固型電腦，專門設計和製造用於在不穩定的環境中部署。它們透過堅固型功能和設計，打造出高水準的耐用性。從外殼到內部組件，都經過測試和驗證，以在最不穩定的環境中可靠運行。Premio 提供多種堅固型邊緣電腦可供選擇；請參閱之前關於「不同類型的邊緣電腦」的部落格文章，了解一些最受歡迎的邊緣電腦及其不同之處。
邊緣運算需要哪些頂級電腦硬體？
邊緣運算硬體需要堅固耐用、體積小巧、具備足夠的儲存空間、豐富的連線選項、寬廣的電源範圍，並符合其執行任務的效能要求。邊緣電腦必須符合這些要求，因為它們通常部署在惡劣的環境中，必須可靠且最佳地運作。例如，如果邊緣電腦部署在石油生產場地，它必須能夠承受極端高溫、灰塵和碎片的影響。我們現在將在下面更詳細地討論邊緣運算的硬體要求。
#1 邊緣電腦必須堅固耐用且無風扇
邊緣運算硬體必須足夠堅固，才能在不穩定的環境中部署，這些環境會頻繁受到衝擊、振動、灰塵、碎屑甚至極端溫度的影響。堅固型邊緣電腦的決定性特徵是其無風扇設計。無風扇設計消除了為系統散熱而需要通風口和開口的需要，從而使邊緣運算硬體製造商能夠創建完全封閉的系統。擁有封閉系統可消除灰塵、污垢和碎屑進入系統損壞敏感內部組件的可能性。
此外，邊緣電腦中使用的無風扇設計和寬溫組件使其能夠承受極冷和極熱溫度的影響。事實上，這些系統非常堅固，具有從 -40°C 到 85°C 的寬溫度範圍。這與普通桌上型電腦大不相同，普通桌上型電腦只能承受 5°C 到 40°C 的溫度範圍，這大大限制了普通桌上型電腦可以部署的環境。
除了處理極端溫度外，堅固型邊緣電腦還可以處理頻繁的衝擊和振動，這歸功於無纜線設計，將所有纜線從系統中移除。移除纜線消除了纜線鬆脫的可能性，從而使系統無法運行。移動部件越少，可能故障的部件就越少。
此外，邊緣運算硬體已取消風扇。從邊緣電腦中取消風扇使其比氣冷式電腦更可靠。這是因為風扇是許多電子產品和電腦常見的故障點。因此，取消風扇使系統更加可靠和耐用，消除了企業或組織可能因風扇故障或即將故障而面臨的停機時間。
最終，邊緣運算硬體現在可以部署在世界任何地方，同時處理最不穩定的環境因素，同時提供最佳且可靠的運算能力。這一切都歸功於無風扇設計、寬廣的作業溫度、防震防振以及多樣的電壓輸入範圍。
#2 邊緣電腦必須符合效能要求
您或您的組織想要部署的邊緣運算解決方案必須能夠執行其部署要執行的任務和工作負載。在 Premio，我們提供用於入門級工作負載的低功耗高效能邊緣運算設備，以及用於複雜工業工作負載的更強大邊緣運算解決方案。
Premio 同時提供 SoC 工業電腦和插槽式工業電腦。通常，SoC (系統單晶片) 是指將電腦所有元件整合到單一矽晶片上的電路板。例如，您會發現 SoC 具有 CPU、GPU 和記憶體儲存都整合在單一晶片上。SoC 系統通常輕巧、低功耗，並且高效用於入門級工作負載，例如邊緣運算和充當 IoT 閘道。
然而，插槽式電腦由主機板和機械安裝到插槽中的 CPU 組成。此外，其他組件，例如 GPU 和記憶體，必須手動插入系統。由於晶片通常具有更多核心、更高時脈頻率和更高 TDP，因此這類系統的性能往往比 SoC 高，使其成為複雜工業工作負載的理想解決方案。
例如，低功耗處理器，例如 Intel® Celeron® 和 Intel® Atom® 處理器，非常適合入門級邊緣運算工作負載，例如人機介面、數位看板和低功耗 IoT 閘道。然而，Premio 也提供高性能邊緣運算硬體，該硬體採用強大的插槽式 Intel® Core™ i3、i5 和 i7 處理器配置。Intel Core 系列的強大處理器擁有比 Intel Celeron 和 Atom 系列處理器更多的核心、更多的執行緒和更高的時脈頻率，使其功能強大，能夠在邊緣處理複雜的工業工作負載。
您應該仔細考慮您系統配置的處理器，因為它將決定它可以處理的工作負載數量以及完成任務的速度。處理器核心越多，效能越強大，完成任務的速度也越快。選擇速度過慢的 CPU 可能會導致邊緣運算系統延遲和/或導致系統執行給定任務花費太長時間。通常，您的邊緣電腦越快，您的生產線執行速度就越快，因為更快的邊緣電腦可以比慢速運算設備檢查更多的產品並更快地執行任務。
邊緣電腦僅收集 IoT 裝置資訊的日子已一去不復返了。邊緣運算硬體的進步使邊緣的效能運算成為可能。此外，可以添加 GPU 以進行硬體加速，使邊緣電腦能夠儲存、處理和分析大量資料，而無需將資料移動到雲端，從而為組織節省大量部署成本和網際網路頻寬，特別是當他們採用按流量計費的數據計畫時，他們需要為使用的數據付費。
#3 邊緣電腦必須小巧且具備多功能安裝選項
邊緣運算解決方案體積小巧，因為它們通常部署在空間受限的環境中，這些環境不足以容納全尺寸的桌上型電腦。邊緣電腦的小巧體積使其能夠部署在小機櫃、小壁櫥、家具下方以及安裝在牆壁或天花板上。
工業環境安裝選項：
- 壁掛式
- 吸頂式
- 書架式安裝
- DIN 軌道安裝
- VESA 安裝
#4 邊緣電腦必須配備足夠的堅固型儲存空間
邊緣電腦通常部署在邊緣，收集、處理和分析從機械、設備和工業物聯網設備收集的大量數據，因此邊緣電腦必須配備足夠的儲存容量，以便快速儲存和存取數據。
邊緣運算解決方案可配備固態硬碟 (SSD) 或硬碟 (HDD)。 單個企業級SSD可儲存數 TB 的數據，並且以比硬碟快得多的速度傳輸數據。
除了提供高速數據儲存外，SSD 還能使邊緣運算解決方案更加堅固，因為它們將數據儲存在 NAND 晶片上，這與將數據儲存在旋轉金屬盤上的 HDD 不同。將數據儲存在矽晶片上可使邊緣運算設備更加堅固，因為矽晶片比旋轉金屬盤更能承受衝擊和振動。話雖如此，對於需要大量數據儲存的組織，可以添加硬碟以獲得額外的儲存容量。
#5 堅固耐用的邊緣電腦必須具有豐富的 I/O
堅固耐用的邊緣電腦配備豐富的 I/O 埠，因為它們通常必須連接到新舊工廠機械、設備和裝置。 例如，邊緣電腦通常配備以下 I/O 埠：USB 埠、COM 埠、乙太網路埠 (RJ45/M12)和通用 I/O 埠。 邊緣電腦包含通用 I/O (GPIO) 埠，因為它們可以容納大量沒有通用介面（例如 USB 埠或舊式序列埠）的週邊設備、感測器和裝置。
可以連接到 GPIO 埠的設備包括感測器、警報器、運動檢測器和生產線控制器。 最終，GPIO 埠允許邊緣運算硬體連接到其他設備，無論它們有多舊；只要設備或感測器工作，它就可以連接到您的邊緣運算解決方案。
#6 邊緣電腦需要豐富的有線和無線連接選項
邊緣電腦的電腦硬體需求包括有線和無線連接選項。因此，邊緣電腦配備了有線連接選項以及無線和蜂巢式連接選項。 大多數邊緣電腦配備兩個 RJ45 LAN 埠，用於閃電般快速的有線數據傳輸，範圍從 1 GbE到甚至10 GbE。此外，如果您需要額外的 RJ45 LAN 埠或支持 PoE+ (IEEE 802.3at) 的 M12LAN埠，透過單條電纜進行數據和供電，這可以透過易於安裝的擴展子卡來實現。
如果沒有有線連接，邊緣電腦仍然可以連接到互聯網，因為它們配備了 Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) 用於高速無線 LAN 連接。此外，如果沒有 Wi-Fi 連接，邊緣運算解決方案仍然可以透過蜂巢式 4G、LTE 和 5G 連接上網以卸載關鍵數據。邊緣運算硬體配備多個 SIM 模組插槽，允許組織添加最多兩個數據運營商以實現冗餘。這使得邊緣運算硬體非常適合部署在無法始終提供可靠有線和無線連接的遠端環境中。蜂巢式連接可用於遠端監控和控制設備。
此外，邊緣運算硬體還配備了藍牙連接，允許邊緣運算設備連接到低功耗藍牙和物聯網設備。儘管藍牙連接無法提供 Wi-Fi 和蜂巢式連接所提供的範圍和速度，但它確實提供了可靠的一對一或多對多連接。
#7 邊緣運算硬體必須具有寬廣的功率範圍
邊緣運算硬體通常部署在依賴不同功率輸入的環境中；因此，它們配備了寬廣的功率範圍，從 9 到 50 VDC，使其與各種不同的功率輸入場景相容。 此外，邊緣電腦還具有多種電源保護功能，以保護系統免受電氣損壞。這些電源保護功能包括過壓保護、反極性保護和浪湧保護。
#8 邊緣電腦必須安全
邊緣運算設備通常部署在無人監控的遠端環境中，因此它們必須安全。幸運的是，邊緣運算設備配備了可信賴平台模組 (TPM) 2.0。TPM 2.0是一種利用加密處理器的技術，透過整合式加密金鑰保護硬體，使邊緣電腦具有防篡改功能。 TPM 2.0 保護系統免受暴力攻擊和硬體竊盜。
#9 邊緣電腦需要支援即時處理的效能加速器
邊緣電腦非常適合在邊緣收集、儲存、處理和分析數據；然而，對於某些複雜的工業工作負載，邊緣電腦應配備效能加速器以進行即時處理決策。 新的運算和儲存設計最大限度地提高了離數據最近的效能。以下是一些最受歡迎的效能加速器，隨著更多的處理能力轉移到邊緣，這些加速器被用於邊緣運算解決方案。這些透過 PCIe 架構的附加硬體解決方案為需要即時處理效能的特定邊緣運算工作負載提供了附加價值。
- 多核心CPU：多核心序列處理允許處理器利用多個核心來處理數據，每個核心作為一個獨立的處理設備運行，允許多個任務同時運行（同時運行更多任務）。CPU 中的核心越多，系統的效能就越好，因為它能夠同時處理多個進程。
- GPU - GPU 通常添加到邊緣電腦中，以加速人工智慧 (AI) 和機器學習 (ML) 工作負載。隨著工作負載越來越多地在網路邊緣執行，而不是在數據中心和雲端執行，加速器的作用將繼續增長。部署在邊緣的效能加速器能夠以低延遲即時處理關鍵任務數據，因為邊緣電腦部署在靠近數據生成源的地方。GPU 在即時處理和推斷分析方面非常有效，因為它利用其豐富的核心進行並行處理，而不是序列 CPU。
- VPU – 視覺處理單元是效能加速器，可以加速機器視覺演算法。 這是因為 VPU 專為機器視覺、機器學習、AI、臉部辨識和高階影像處理進行了最佳化，同時使用的功耗比 GPU 少。這使得 VPU非常適合用於無風扇電腦，這些電腦需要產生少量熱量並使用少量功率的組件。總體而言，VPU 的低功耗和熱足跡使其非常適合用於堅固耐用的邊緣運算解決方案。
- FPGA - 現場可程式閘陣列 (FPGA) 是用於最佳化嵌入式系統以適應特定工作負載的效能加速器。FPGA 能夠加速推斷分析、AI 和大量數據的機器學習分析等工作負載。在某些情況下，高階 FPGA 在執行某些任務時可以超越 GPU，同時使用的功耗更低，產生的熱量也更少。
- NVMe 運算儲存 – NVMe 運算儲存裝置透過在硬碟本身執行本機資料儲存與處理，使得邊緣電腦部署成為可能。這是透過在本機硬碟處理資料來完成的。傳統上，電腦處理資料是透過從儲存裝置要求資料，並傳回 CPU 來完成。藉助運算儲存技術，電腦不會從儲存裝置要求資料，而是即時存取和快取以加快處理速度。相反，它要求儲存硬碟本身執行操作，並能夠在硬碟本身上進行處理、儲存和記憶體。因此，資料不再需要離開硬碟進行處理，也不需要路由回傳統 CPU 資料區塊，從而減少了瞬間、關鍵任務處理的延遲。
#10 邊緣電腦必須經過認證才能將遙測傳輸到雲端
邊緣電腦的最終硬體要求是它們必須經過認證才能將資料遙測傳輸到雲端。 Premio Inc 提供的邊緣運算硬體已通過 Amazon Web Services (AWS) IoT Greengrass 和 Microsoft Azure IoT 的認證，可將資料遙測傳輸到雲端。
部署經認證的邊緣電腦可確保您可以部署邊緣電腦硬體，並且知道它們將與 AWS IoT Greengrass 和 Microsoft Azure 應用程式可靠地執行。AWS IoT Greengrass 允許部署邊緣電腦的人員根據機器學習模型對生成的資料進行本地操作並執行預測，同時僅將必要的資料傳輸到雲端。
由於只有經過後處理的資料才會發送到雲端進行遠端監控，因此在本地儲存、處理和分析資料可顯著減少將資料傳輸到雲端所需的網際網路頻寬。這對於使用計量付費網際網路方案的企業和組織來說尤其重要，因為他們需要為其使用的頻寬付費。
結論
至此，邊緣運算的電腦硬體需求應該很清楚了。如果您有任何一般性問題或意見，或想諮詢購買邊緣電腦事宜，請聯絡我們，與我們的邊緣運算硬體專家交談。他們將非常樂意回答您可能有的任何有關邊緣運算硬體的問題。
