El estándar para oficinas es la tecnología x86, pero ¿qué pasa con las aplicaciones industriales? Teniendo en cuenta los factores de rendimiento, potencia y rango de temperatura, otras arquitecturas son alternativas potenciales a las PC industriales.
Wolfgang Heinz Fischer
Desarrollo de Negocios Internacionales, Grupo TQ
El estándar para oficinas es la tecnología x86, pero ¿qué pasa con las aplicaciones industriales? Teniendo en cuenta los factores de rendimiento, potencia y rango de temperatura, ¿existen otras arquitecturas alternativas potenciales a las PC industriales?
Las PC industriales (IPC) tienen diferentes requisitos que las computadoras de oficina. Estos requisitos varían mucho según el área de aplicación. Si bien el 99% de todas las computadoras de oficina en la actualidad se basan en la tecnología x86, las PC industriales suelen ser formas robustas de procesadores x86. Este ID se aplica a la mayoría de las PC industriales del mercado, pero se presta poca atención a su corrección.
Sin embargo, considerando los requisitos especiales de IPC, vale la pena expandir sus horizontes. Por ejemplo, si una PC industrial solo necesita manejar transferencias de datos de alta velocidad y se usa como un sistema “sin cabeza”, una arquitectura completamente diferente a x86 puede ser la mejor solución.
Por ejemplo, en el sector de las telecomunicaciones, los procesadores utilizados se basan muy a menudo en Power Architecture de IBM o NXP. ¿Por qué no implementar una PC industrial con QorIQ de NXP? QorIQ es sin duda específico para telecomunicaciones si su objetivo es un sistema que pueda durar al menos 15 años con la misma tasa de transferencia pero con un consumo de energía significativamente menor. Es una alternativa viable para aplicaciones de PC industriales en
Este artículo solo compara ARM y x86, ya que la arquitectura ARM es más adecuada para aplicaciones generales de PC industriales.
x86 y brazo
Los procesadores ARM actuales son muy similares en funcionalidad a los procesadores x86. Tomando como ejemplo los gráficos, para Ethernet y USB, los procesadores ARM ofrecen un conjunto de características especiales y algunas ventajas, especialmente en aplicaciones industriales.
Las fortalezas y debilidades de cada arquitectura dependen en gran medida de los requisitos del usuario. Una parte crítica del sistema es el software de aplicación. Si el software de su aplicación está basado en Windows, es casi imposible encontrar una forma de evitar una solución x86. Hasta ahora, los sistemas que no son x86 han recibido un apoyo tibio de Windows. Además, requiere un BSP (paquete de soporte de placa) adecuado y es difícil reemplazar el sistema.
Las áreas de aplicación típicas de las PC industriales incluyen la automatización industrial, la robótica, el control y la visualización de procesos, la ingeniería industrial o de seguridad y los equipos de prueba para el aseguramiento de la calidad. Las aplicaciones típicas de tipo industrial suelen ser entornos hostiles con requisitos de rango de temperatura extendido y grandes cantidades de polvo y humedad. Además, cuando se usa una máquina punzonadora en una fábrica, el impacto y la vibración serán grandes.
Manejo de la disipación de calor del sistema
Para proteger los PC industriales contra el polvo y la humedad, se debe utilizar una tecnología de carcasa adecuada y la clase de protección correspondiente. La tecnología del procesador no juega ningún papel aquí. Sin embargo, si el sistema tiene que cumplir con el grado de protección IP65 (“a prueba de polvo”), hay que tener en cuenta otro aspecto. Si la carcasa está sellada herméticamente para cumplir con este requisito, es importante eliminar el calor del sistema, y cuanto menos calor se genere, mejor.
Aquí es donde los sistemas ARM obtienen significativamente más puntos que sus contrapartes x86 con datos de rendimiento comparables. Por ejemplo, un módulo integrado TQ con un procesador de cuatro núcleos NXP i.MX6Q consume alrededor de 4 vatios de potencia. Por otro lado, el procesador de doble núcleo Intel Atom E3825 ‘Bay Trail-1’ consume alrededor de 5 vatios. Por supuesto, también es posible disipar el calor de los ventiladores del sistema, los tubos de calor o diseñar la pared exterior de la carcasa como un disipador de calor. Sin embargo, esto significa costos de dispositivo más altos y tiempos de ciclo de vida más cortos. Para mitigar estos problemas, tiene más sentido usar menos energía.
Trabajando en rangos de temperatura extrema
Los rangos de temperatura suelen ser más importantes en el uso de PC industriales. Tomar las precauciones adecuadas, como colocar la computadora en un gabinete con aire acondicionado, asegurará que un sistema estándar funcione en ambientes con temperaturas extremas.
¿Por qué no utilizar un sistema que pueda manejar estos requisitos desde el principio?Intel ofrece procesadores diseñados para estas temperaturas extremas, pero este no es el caso con todos los procesadores Intel. Los procesadores ARM, por otro lado, generalmente están diseñados para cumplir con estos requisitos de temperatura extrema, lo que les da una ventaja en esta área. Por el contrario, solo el Intel Atom E3800 (Bay Trail-I) está disponible en el rango de temperatura ampliado. Los procesadores comerciales Intel Core 5000U (Broadwell-U) e Intel Core 6000E (Skylake-H) solo se pueden usar en temperaturas estándar de 0 °C a +60 °C.
Respuesta a la vibración
Las PC industriales se utilizan en entornos hostiles. Esto significa que el sistema está expuesto a vibraciones y golpes mecánicos extremos. En este caso, todos los conectores deben diseñarse para que sean lo suficientemente robustos. Esta es una característica que se aplica a todos los sistemas independientemente de la arquitectura. Además de esto, no debe haber partes móviles como ventiladores o discos duros. Los discos de estado sólido (SSD) son alternativas de disco duro adecuadas para entornos hostiles. Sin ventilador significa una solución de refrigeración pasiva adecuadamente sofisticada.
Esto también se traduce en costos adicionales y una vida útil más corta para las PC industriales con procesadores x86. La estructura interna también juega un papel decisivo. Los chips de memoria SO-DIMM se utilizan en la mayoría de las PC industriales. Ofrece un alto grado de flexibilidad y la posibilidad de expandir el sistema cambiando los módulos de memoria, pero puede tener problemas para manejar golpes y vibraciones. Los chips de memoria soldados son una solución viable y se pueden usar tanto en x86 (de muchos proveedores) como en sistemas ARM.
Requisitos de la interfaz de integración
Las interfaces industriales comunes como CAN, Probus, EtherCAT y las interfaces seriales no están disponibles en x86. Las cámaras se pueden conectar a través de USB o Ethernet/GbE. Sin embargo, la cámara debe estar equipada con una interfaz adecuada. Pero, ¿cómo se conecta la cámara directamente a la interfaz de la cámara?¿Y qué pasa con la conexión de la pantalla LCD, que es fácilmente requerida por una PC de panel o HMI?
Los procesadores x86 normalmente no proporcionan estas interfaces, pero en principio esto no es un problema, ya que la placa de interfaz adecuada se puede utilizar para prácticamente cualquier tarea. Sin embargo, estas tarjetas de interfaz requieren precios más altos y más espacio, y todas las tarjetas de expansión son otra fuente de calor y tienen problemas conocidos. ¿Por qué no utilizar un procesador que ya tenga estas interfaces integradas?Hay muchos productos en el mercado. Por ejemplo, el procesador NXP Cortex A9 i.MX6 incluye 2 CAN, 2 SPI, hasta 4 UART, 1 pantalla paralela de 24 bits, 2 cámaras, 4 PWM y hasta 40 interfaces GPIO, y se puede usar, entre otras cosas. . Otras ventajas incluyen bajo consumo de energía, bajo precio del sistema y tamaño pequeño.
Muchas aplicaciones requieren que una unidad de computadora completa quepa en un espacio muy pequeño, como una PC industrial montada en riel DIN. Los procesadores ARM se pueden usar para lograr sistemas mucho más pequeños con datos de rendimiento similares.
Acceso a disponibilidad a largo plazo
Otro requisito de la industria es la disponibilidad a largo plazo del sistema y mantener la misma estructura del sistema durante muchos años. Por ejemplo, las aplicaciones ferroviarias fijan el requisito en 15 años. Los sistemas de PC industriales con procesadores x86 a menudo han sido funcionalmente idénticos a lo largo de los años, pero estructuralmente no lo son.
Esto significa que se requieren cambios en el sistema, lo que se traduce en tiempo y dinero en el análisis final. El mismo sistema basado en ARM se puede utilizar durante mucho tiempo, suponiendo la disponibilidad a largo plazo del procesador y la capacidad del proveedor del sistema para garantizar una disponibilidad adecuada a largo plazo para todos los demás componentes del sistema.
TQ-Group tiene el programa de obsolescencia y sustentabilidad más completo de la industria, y para la disponibilidad a largo plazo, los fabricantes, como las empresas aeroespaciales y de aviónica, han comprado docenas de Confiamos en TQ para ofrecer un producto que se puede extender a lo largo de los años.
TQ-Group tiene el programa de obsolescencia y sustentabilidad más completo de la industria, y para la disponibilidad a largo plazo, los fabricantes, como las empresas aeroespaciales y de aviónica, han comprado docenas de Confiamos en TQ para ofrecer un producto que se puede extender a lo largo de los años.
Preguntas del sistema
Todas las arquitecturas tienen sus propias fortalezas y debilidades. Los argumentos a favor de la solución x86 son la alta flexibilidad, la fácil sustitución del sistema, el excelente rendimiento de los gráficos y la amplia gama de productos ofrecidos. Además, el software disponible es adecuado para sistemas x86.
Los sistemas ARM obtienen puntos por su bajo consumo de energía, tamaño pequeño, disponibilidad a largo plazo y bajo precio. Sin embargo, para los sistemas ARM, la desventaja es el software disponible. Los sistemas ARM siempre requieren BSP especiales y no son fáciles de cambiar a sistemas más nuevos (por ejemplo, más potentes). No hay una única respuesta. Todo depende de la aplicación. TQ proporciona componentes básicos que incluyen componentes x86, módulos ARM y módulos Power Architecture como base para soluciones IPC personalizadas.
brazo contra Intel: los ganadores son:
Libertad de Elección. Con tantos factores a considerar en el proceso de selección, vale la pena elegir un proveedor con todas sus opciones. Solo TQ-Group ofrece módulos integrados compatibles con procesadores basados en NXP® y TI ARM® Core, procesadores Intel® i3/i5/i7 y Atom®, NXP QorIQ® Power Architecture. A esto lo llamamos “libertad de diseño”. http://www.embeddedmodules.net O comuníquese con Vaughn Orchard: (508) 209-0294 Vaughan[at]convergencepromotions.com.