一文带你了解工业电脑

您是否正在寻找适合您应用的工业电脑，但又不知道从哪里开始？以下是工业电脑和商用电脑之间的差异及其优势，可帮助您找到合适的产品。

工业电脑是人们和企业每天所依赖的许多机器的大脑，从仓库机器人到国家安全系统。在工业领域，机器视觉、工业机器人、人工智能(AI)和深度学习等应用都依赖于强大、可靠的工业电脑，以确保流程平稳高效地运行。

本文介绍了工业和商用电脑之间的差异、工业电脑的优势以及如何找到适合您应用的工业电脑。本文还介绍了NVIDIA的Jetson平台以及用于边缘AI应用的最新图形处理单元(GPU)、视觉处理单元(VPU)和张量处理单元(TPU)。

工业电脑与商用电脑有何不同？

工业电脑专为特定任务和应用而设计，范围从机器视觉和视觉引导机器人到人工智能、安全和监控应用。这些电脑与商用电脑类似，因为它们接收、存储和处理信息以执行特定任务。它们还具有类似的基本组件，包括中央处理器(CPU)、内存(RAM)、主板、扩展槽，通常还有GPU。工业电脑在几个方面与商用电脑不同，包括具有更强大的内部和外部设计，包括计算机的I/O，这通常是专门的。

许多工业电脑都具有更高的性能规格，包括更快的处理器、更大的内存和额外的存储容量。它们还设计为使用寿命更长、长期可用，并且具有可扩展性，能够满足不断变化的需求，因为它们能够根据不断变化的应用需求进行定制或调整。

工业电脑有哪些优势？

工业电脑的设计使用寿命长，可执行复杂且特定的任务，并能承受商用电脑无法承受的恶劣自然环境。除了拥有更强大的组件外，工业电脑的物理设计也与传统电脑不同。工业计算机组件的焊点更大，基板更厚，振动和冲击等级是常规规格。许多工业计算机也是无风扇的，这限制了进入内部组件的灰尘和颗粒数量，有助于延长设备寿命。无风扇计算机利用连接到大型外部散热片的内部散热器来散热并防止过热。

保形涂层还可保护电气元件免受灰尘和颗粒的影响。外部机箱设计有助于工业计算机应对温度变化和运动。它还可以减少灰尘，在某些情况下还可以减少水的渗透。工业计算机有多种安装选项，其中一些设计用于承受剧烈的振动和冲击。

一些工业计算机类似于传统的台式机或机架系统，但其组件、I/O模块和计算能力与办公桌面完全不同。平板电脑将工业级计算机直接集成到显示器中，在制造厂、数据控制点和操作地点也很常见。其中一些设备非常坚固耐用，可以根据应用需要使用刺激性化学品和消防水带强度液体喷射器进行清洁。

小型工业计算机也可以部署在边缘，使其更接近产生数据的设备。这些电脑设计坚固、能耗低、占用空间小，但仍可为各种应用（包括深度学习和其他AI应用）提供强大的计算性能。

什么是GPU、VPU和TPU？

GPU、VPU和TPU是工业计算中常见的许多缩写词之一，尤其是在AI应用方面。GPU是该领域最广为人知和部署最多的技术，最初设计用于为视频游戏渲染3D图形。近年来，GPU技术取得了长足进步。现代GPU比以往更快、更强大。

斯坦福大学以人为本的人工智能研究所发布的2023年人工智能报告显示，GPU的功能比2003年强大约7,000倍，而性能价格比提高了5,600倍。

GPU专为并行处理而设计，因其能够加速计算密集型应用（包括人工智能和工业机器人）的计算过程而广受欢迎。NVIDIA表示，GPU由数千个核心组成，这些核心本质上是并行工作的微型计算器，用于处理构成人工智能模型的数学运算，从高层次上讲，这就是人工智能计算的工作原理。

每一代GPU都变得更快，内存也更大。例如，单个NVIDIAGPU现在可以存储整个AI模型。

VPU（例如IntelMovidius或Hailo-15）是针对AI应用的片上系统(SoC)处理器。VPU比GPU更小、更节能、更便宜，为系统设计人员和集成商提供了另一种机器视觉和边缘AI计算能力的选择。例如，Intel的MovidiusMyriadXVPU直接与CMOS图像传感器连接，对图像进行预处理，通过预先训练的神经网络移动图像，并输出结果，同时功耗不到1W。

TPU是Google定制开发的专用集成电路(ASIC)，旨在加速机器学习应用。Google设计TPU是为了高速处理矩阵和矢量运算，从而加速AI框架上的应用，包括TensorFlow、PyTorch和JAX。

如何选择合适的工业电脑？

寻找工业电脑始于应用分析。主要考虑因素包括计算能力、尺寸和应用环境。例如，如果涉及AI，PC可能需要GPU或VPU，而电信应用可能需要数据采集和通信组件，例如远程I/O模块。

在分析应用需求之后，客户还必须考虑以下因素：

空间：

您为给定应用程序提供了多少空间？虽然空间可以作为系统性能的函数，但情况并非总是如此。寻找一台在尺寸和性能之间取得平衡的工业电脑。

环境：

工业环境可能非常恶劣，设备会受到冲击、高振动、灰尘、水或极端温度的影响。您的工业电脑必须经过评级，以适应其部署环境。

成分：

考虑因素应包括专业软件要求、处理能力、总内存、数据存储、I/O选项、温度范围、电源可用性和物理尺寸需求。

定时：

您需要多快获得工业电脑？某些组件可能供应有限，但通过与专家合作，您应该能够找到满足或超出要求的替代方案。

什么是NVIDIA的Jetson？我的应用程序需要它吗？

许多高性能GPU足够大，可以容纳散热器和风扇，以防止因功耗上升而导致过热。例如，对于其RTX4090，NVIDIA列出的卡尺寸为304x137毫米（约12x5.4英寸）和三个插槽宽。较新的格式，如NVIDIA的Jetson平台，可以以更小的外形尺寸完成一系列任务，功耗显著降低。Jetson设备是一种紧凑、高性能的系统级模块(SOM)，集成了GPU、CPU、内存、电源管理和高速接口。

Jetson设备为传统计算平台提供了高速、低功耗的替代方案。提供多种型号。下表显示了所需的功率和AI性能，以TOPS（每秒万亿次[一万亿次]操作）、TFLOPS（每秒万亿次[一万亿次]浮点操作）或GFLOPS（每秒千兆次[十亿次]浮点操作）为单位。

Jetson设备提供了完成AI推理等特定任务的强大手段，但需要特定的程序参数，而更大的GPU为每个单元建立了广泛的应用程序，使其更加多样化和通用。

工业电脑的发展如何推动自动化能力的发展？

过去几年凸显了工业自动化的重要性。疫情爆发时，机器人订单数量猛增，创下新高。然而，可以（也应该）说，无论如何，自动化都具备增长的条件。无论是处理成熟的自动化应用（如汽车或制药制造），还是处理增长领域（如物流或食品加工），工业自动化系统对公司的盈利比以往任何时候都更为重要。

随着应用需求不断发展和增长，企业必须找到跟上步伐的方法。这意味着工业自动化系统需要更快地发展，以提高产量、质量和效率，同时保持准确性和有效性。这需要的不仅仅是更快的相机。加速自动化系统需要额外的进步，例如更灵活的机器人、新颖的照明设计、创新的运动控制、先进的人工智能分析和更强大的工业电脑，这些都是大多数自动化系统的核心。