透過合作夥伴關係推進堅固的物聯網

October 30, 2023

Leila Escandar

堅固耐用的物聯網

將新的物聯網裝置整合至營運中並不容易。企業在採用新的解決方案時，往往面臨挑戰，例如克服互通性或未來可擴充性。

但在某些情況下，企業要擔心的不僅僅是一些普通的問題，特別是當需要在惡劣不良的環境中使用物聯網裝置時。他們如何找到能夠在極端條件下運作的裝置，例如温度持續低於零度或地下 2500 至 6500 英呎的礦井？他們如何保證這些裝置能長期持續運作？

幸運的是，堅固的物聯網正在快速推進，以滿足在非正常環境中運作的企業需求。

資深產品經理 David Zhu-Grant (全球工業電腦製造商 OnLogic)；物聯網產品經理 Jason Lu (運算硬體領導者 ASUS)；以及工程副總裁 Chad Hutchinson (堅固的運算硬體領先設計者 Crystal Group)，說明實作產業堅固的物聯網裝置的最佳作法，以及合作夥伴關係在快速推進這項技術方面的關鍵角色 (影片 1)。

影片 1. OnLogic 的 David Zhu-Grant、ASUS 的 Jason Lu，以及 Crystal Group 的 Chad Hutchinson，討論了在惡劣環境中成功整合堅固的物聯網裝置的最佳作法，以及能實現的最新進展。（資料來源：insight.tech）

哪些產業從堅固的物聯網裝置受益最多？

David Zhu-Grant：這是一個相當廣泛的領域，包括製造業、倉儲物流、智慧農業、智慧城市、採礦與能源。這些產業的環境條件範圍從極冷到極熱；有震動、衝擊或車輛衝撞；從無線電頻率-排放的角度來看，也可能在電子方面非常嘈雜。

Jason Lu：隨着越來越多的物聯網裝置上線，它們部署在不同的環境中。舉例來說，麥當勞的物聯網裝置可能需要在冬季零度以下的條件下生存，而在夏季，顯示器機殼內的温度可能高達攝氏 70 度。您看到菜單的 LCD 顯示器也必須防水，防止雨雪。除了損壞，室外觸控螢幕上的水滴也會造成錯誤觸碰，導致非所要的操作。堅固的物聯網裝置專為在其中的那種環境中運作而設計。

在這些更嚴苛的環境中，您看到的最大部署挑戰是什麼？

Chad Hutchinson：我們在工業應用中看到的一件事是沙塵和塵埃。例如，在採礦過程中，會有非常微細的煤粉進入角落和裂縫，可中斷冷卻系統與電子連接。在現場，冷卻更是一個絕對巨大的問題。另一方面，您會認為電子設備不介意處於寒冷的環境，但如果温度降至攝氏 40 度或以下，商業電子設備也會不想運作。然後，會有鹽霧的海洋環境。我們看到物聯網裝置部署在石油鑽井平台等地方，這不但是非常骯髒的環境，也是高濕度的環境。

我們遇到的其他重大挑戰之一是電源介面。通常，物聯網裝置專為在規範輸入電壓為 120 伏特 AC 地點的辦公室環境設計。在現場，它各不相同：在調車場，125 伏特 DC 很常見；在飛機，它是 28 伏特 DC；汽車為 12 伏特 DC 配送。

David Zhu-Grant：它們被稱為非地毯式環境：它們仍在室內，但並不是真的像辦公室環境。您仍然可以在那裡看到温度極端和空氣中的微粒。正如 Chad 提到，塵埃確實會影響冷卻，且從電路板的角度來看，也可能會影響可靠性。電磁干擾是另一個重要的問題。很多倉庫和工廠都有在啟動和停止的大型機器，例如空調裝置，並且會引起 EMI 問題。

即使是在室內，您仍必須處理可靠性與長期使用的問題。如果處於過熱太久，則電腦無法持久。

環境本身在建立或改善堅固裝置方面如何發揮作用？

Chad Hutchinson：以衝擊與震動為例。從機械的角度來看，您必須防止電路卡之間的任何差動，因為這些都是不同差動造成問題的目標位置。因此，如果您能以確實堅硬的機殼防止差動，那麼將會有所幫助。

無論您相信與否，由於濕度、鹽霧甚至真菌，您正試圖在外界與電子設備本身之間設置障礙，通常是某種形式的三防膠 (conformal coating)，提供絕緣障礙。

當温度很高且需要冷卻來源時，即使裝置處於露天狀態，也可以選擇為最初缺乏冷卻來源的裝置建立正式的散熱器。如今，您在電子產品中看到的另一件事是，轉換至液體冷卻，並透過冷卻水來源進行配管。

簡而言之，您應查看環境中的每個影響裝置的因素，然後一次將其去除。對於我提到的每一事項，業界幾乎都找到了解決問題的方法。

什麼對運作更有利：購買現成的裝置或尋求客製化的堅固裝置？

Chad Hutchinson：當您關注物聯網時，在許多情況下，您首先關注它帶來的功用與功能。如果您能找到具有您所需功能的市售項目，您可以加以部署、在環境中測試，並瞭解它的運作和不運作的方式。如果它適合您、提供功能，並且持續，那麼你可能已經完成了。

在其他情況下，您可能無法識別具有應用程式所需功能的市售項目，在這種情況下，您從一開始就進入自訂解決方案。

但是假設有一種可以滿足您需求的市售項目，但它無法在你擁有的環境下生存。這就是堅固的現成電子設備真正發揮作用的時候，並且遠比純粹的、從頭開始打造的自訂解決方案來得便宜。這裡就是您開始進行且僅識別特定環境導致問題的那些功能所在。如果濕度並非真正的問題，那麼您不必添加塗層以及那種性質的東西。

Jason Lu：從成本或開發角度來看，堅固的裝置當然會較昂貴，因此必須在非常早期階段就植入這個想法。首先，解決方案必須在預期的作業環境中運作。為了達成這一目標，設計、審查及驗證時間會更長。

在開發過程中，您可以開始思考是要在內部或從外包建置。然後，您希望在運作過程中如何維護它？您想考慮遠端更新功能嗎？由於開發驗證需要時間，初始成本通常較高。在將這全部因素納入考量後，您就可以開始思考能否調整投資報酬。

例如，多媒體資訊站。如果是室內環境，常規的、風扇型的商業電腦可能能夠運作。但如果這個多媒體資訊站要設在户外，那麼您很有可能不得不走堅固的路線，儘管費用會更昂貴。但在運作生命週期方面，這會讓您持續運行的時間達到最長。因此，考慮到您在設計階段進行的這些考量，您將能夠在長期調整您的投資。

您看到堅固的物聯網裝置的一些使用案例是什麼？

Jason Lu：我可以分享的一個很好的例子，是機械手臂使用人工智慧視覺電腦在回收工廠進行分類和挑選。對電腦來說，這不是一個適用的作業環境；它們很快就會弄髒。為了進行視覺處理，您需要 GPU 卡以夠快回應輸送機，而且 GPU 消耗功率，因此配備冷卻風扇。

彌漫塵埃的環境、GPU 和風扇。因此，他們將其置於空調機殼中，因為該機殼建構仍昂貴且難以維護，因為該環境對空調也不適用。

我們為這種極高效能 CPU 和極高效能 GPU 開發了無風扇解決方案。他們有一台機器位於大型鋁合金機殼內，並且有片段伸出。它很重，但一旦部署，他們不必考慮它，因為無風扇設計不在意塵埃。目前該計劃處於 DVT 階段，客戶非常期待看到它在現場如何運作。

David Zhu-Grant：我們在採礦產業領域有一個非常好的例子。這是一家名為 Flasheye 的公司，使用雷射掃描技術 LiDAR 來偵測異常，以防止採礦材料運輸應用程式中的停機、故障和意外事故。

想想背負有採礦材料、岩石等材料的輸送帶。他們利用電腦視覺建立這個真正智慧的解決方案，因此 AI 同時監視岩石、水流、輸送帶、任何側面溢出的情況，以及是否有任何人位在輸送帶周圍的危險區域。系統也處於非常嚴苛的環境。它是採礦，所以它有塵埃元素，但它也在瑞典北部。

他們確實需要一台會是堅固的電腦。顯然他們挑選了 OnLogic 電腦！但整體解決方案非常成功，因此獲得了採礦業的一些創新獎項，讓事情更安全，並且基本上改善效率，從而當這些輸送帶損壞或材料流動出現問題時，他們可以減少停機時間。

Chad Hutchinson：我的例子是自動駕駛車輛應用程式。它是使用 LiDAR、雷達和感應器進行電腦視覺的電腦，並釐清駕駛情境。因此，它需要大量的電腦效能運作在車輛本身。

挑戰主要在於熱能，有多個 GPU 並試圖將熱能從汽車中釋出。但隨後也是電源介面，因為正如我之前所提到的，通常電腦、伺服器與物聯網裝置都是設計為以 120 伏特 AC 運作，而汽車是 12 伏特 DC 系統。在開頭突波期間，電壓實際上可以降至 9 伏特。

因此，我們為特定的 12 伏特 DC 輸入環境設計客製化電源供應器，其 ATX 電源輸出可與市售的主機板和電子裝置銜接。GPU 有客製化的散熱器，經液體冷卻，並將駕駛室外部的熱氣帶到外部散熱器。

告訴我們夥伴關係與協同合作在推進堅固的物聯網方面扮演什麼角色。

David Zhu-Grant：從我們的觀點來看，顯然硬體是它的重要組成部分。但軟體層及其上的堆疊確實釋放了硬體中的功能。這就是 Intel 在 OnLogic 成為我們重要合作夥伴的所在。Intel vPro^® 平台對我們來說更是有利。Intel 協助我們把提供的硬體、軟體供應商與整合夥伴之間的點連結。

這些技術都不是孤立運作；需要大量相互連結的系統與知識，才能順利實施成功的物聯網解決方案。最終，客戶將會從這種合作中獲致成功。

Jason Lu：我們在 ASUS 開發主機板與系統解決方案，但是以 Intel 和其他公司開發的 CPU 為基礎。CPU 耗用的功率越少，您需要處理的熱量就越少，因此更容易整合系統解決方案。

Intel 技術通常處於尖端，最重要的是它是嵌入式。Intel 也非常擅長為特定的 CPU 提供長壽支援，這也是我們挑選那些 CPU 作為開發基礎的原因之一。

我認為這是兩家公司之間非常好的合作，為建置物聯網應用程式提供堅實的基礎。公司都很認同它，因為它節省大量的開發時間。