Edge-Computer – welche Unterschiede gibt es? 6 Dinge, die Sie wissen sollten

Wenn Sie auf der Suche nach dem besten Edge-Computer sind, müssen Sie die Umgebung berücksichtigen, in der Sie ihn einsetzen. Ist Ihre Umgebung anspruchsvoll, brauchen Sie robuste Hardware. Unsere Kunden setzen Edge-Computer im Inneren von Fertigungsanlagen, auf Geländefahrzeugen, an heißen Ölfeldern und sogar in Gefrierschränken ein. Wir bieten viele verschiedene Arten von Hardwarelösungen mit unterschiedlichen Funktionen an. So können sie in diesen extremen Umgebungen bestehen. Wenn Sie die verschiedenen Eigenschaften kennen, können Sie die beste Edge-Computing-Hardware für Ihre Umgebung auswählen. Damit ist eine lange Lebensdauer gewährleistet.

Drei Kategorien: lüftergekühlt, lüfterlos und Rugged

Wir bieten drei verschiedene Kategorien von Edge-Computern an: lüftergekühlt, lüfterlos und Rugged. In diesem Beitrag gehen wir auf die verschiedenen Merkmale der einzelnen Kategorien ein, um ihre Unterschiede und Vorzüge zu verstehen. Wenn Sie mit diesen Informationen gerüstet sind, ist es viel einfacher, die beste Lösung für Ihren Embedded Edge- oder IoT-Computer zu finden.

Sechs Merkmale von Edge-Computern

Die sechs Merkmale von Edge-Computing-Hardware sind: Widerstandsfähigkeit, Schutzklasse, Schock und Vibration, elektromagnetische Verträglichkeit, globale Einsatzfähigkeit und Temperatur. Wir haben diese sechs Merkmale mit den drei Kategorien in der untenstehenden Grafik verglichen. Vergleichen Sie Ihre Anforderungen mit diesen Merkmalen. So können Sie Ihre Auswahl entsprechend Ihren Anforderungen schnell eingrenzen. Wir gehen nun näher auf diese Merkmale ein. Wir erläutern, was sie bedeuten und heben die wichtigsten Faktoren hervor, die bei der Beschaffung von Edge-Computern zu berücksichtigen sind. 

Merkmal 1: Edge-Computer nach Überlebensfähigkeit

Edge-Computer sind oft Staub, extremen Temperaturen, elektrostatischer Entladung (ESD), Stoßkräften und ständiger Vibration ausgesetzt. Auch unmittelbare Ereignisse, wie etwa massive Spannungsspitzen, höhere Gewalt und andere unvorhergesehene Ereignisse, bedrohen Embedded-Systeme. Die Überlebensfähigkeit stellt die Fähigkeit des Systems dar, diese Faktoren langfristig zu tolerieren.

Dabei bedeutet eine hohe Klassifizierung, dass das System diese Extreme toleriert. Somit ist es in der Lage, augenblickliche und ausdauernde Ereignisse, die es betreffen, zu überstehen. Daher sollte die Überlebensfähigkeit in schwierigen Umgebungen bei der Auswahl eines Embedded-Computers an erster Stelle stehen. Für diese Umstände sind Rugged Edge-Computer ein guter Einstieg.

Jedoch bedeutet eine hohe Überlebensfähigkeit nicht, dass das System unzerstörbar ist. Selbst die härtesten Computer haben Grenzen. Deshalb empfehlen wir, Ihr System in der Umgebung, in der es betrieben wird, einem Stresstest zu unterziehen. Dadurch gewährleisten Sie eine gleichbleibende Verlässlichkeit.

Wenn man die Skala nach unten verschiebt, bedeutet dies, dass das System einen weniger hohen Schutzgrad vor Stößen, Vibrationen und extremen Temperaturen aufweist. Dennoch halten diese lüfterlosen Systeme immer noch großen Mengen an Schmutz, Staub oder Ablagerungen stand. Daneben tolerieren sie auch geringe, gelegentlich auftretende Stoßkräfte.

Auf der nächsttieferen Ebene sind Systeme, die zur Kühlung ihrer Komponenten Lüfter nutzen. Dadurch werden die Gesamtkosten gesenkt, da technisch ausgereiftere Kühllösungen wegfallen. Allerdings bieten sie aufgrund des belüfteten Gehäuses und zusätzlicher beweglicher Teile nicht das Maß an Überlebensfähigkeit, das Rugged- und Industrie-Systeme bieten. Jedoch heißt das nicht, dass diese Systeme nicht zuverlässig sind. So sind sie eine hervorragende Option, wenn sie in sauberen, klimakontrollierten Umgebungen eingesetzt werden.

Merkmal 2: Edge-Computer nach Schadstoffklasse

Die Schadstoffklasse bezieht sich auf das Level der Partikeldichte, die das System tolerieren kann. Denn Staub und Schmutz sind die Vorboten des Verderbens für jeden Computer. Wenn diese Materialien in das System gelangen, gefährden sie die beweglichen Komponenten im System und bedrohen die internen Komponenten. Außerdem können Partikel, die in das System eindringen, korrosive Stoffe transportieren. Dies kann zum Kurzschluss elektrischer Komponenten führen und Lötstellen beschädigen. Dadurch werden sowohl Ihr System als auch seine Daten gefährdet.

Eine Einstufung in hohe Schadstoffklassen bedeutet Schutz vor diesen Verunreinigungen durch ein lüfterloses Design und schützende Abschirmdichtungen. Diese Maßnahmen verhindern das Eindringen von Fremdmaterial. 

Umgekehrt weist eine niedrige Bewertung auf ein belüftetes System hin, das aktiv mit einem Lüfter gekühlt wird. Dies bedeutet nicht, dass das System minderwertig oder unzuverlässig ist. Es zeigt lediglich, dass das System nicht unter Berücksichtigung dieser Schutzmaßnahmen konzipiert wurde. 

Der Einsatz eines in einer niedrigen Schadstoffklasse eingestuften Systems in einer partikelreichen Umgebung führt zu einem katastrophalen Systemausfall. Somit hilft das Verständnis des Verschmutzungsgrades in den Einsatzumgebungen, dieses Problem zu entschärfen.

Merkmal 3: Stöße und Vibration

Stöße und Vibrationen beschreiben das Ausmaß der Stoßbelastung und die Schwingungsfrequenz, die ein System tolerieren kann. 

Rugged Computer tolerieren Stöße und Vibrationen von bis zu 50 G. Somit können sie in Fahrzeug-, Schienenverkehrs- und anderen mobilen Anwendungen überleben. Daher erhalten sie die höchste Bewertung in dieser Kategorie.

Eine Kombination aus mechanischen Maßnahmen absorbiert und verteilt Energie durch das System, um es zu schützen. Die Verwendung kürzerer Komponenten, die der Lateral-Energie standhalten, bietet diesen Schutz. Außerdem auch das mechanische Festklemmen von Abschnitten des Boards sowie der Entwurf von Boards mit ausreichender Steifigkeit, um resonanten zerstörenden Schwingungen mit minimalen Verbindungen standzuhalten. Wenn Sie erwarten, dass die Dinge in Ihrem Einsatzbereich handfest werden, beginnen Sie Ihre Suche mit Rugged-Systemen.

Einem lüfterlosen Industrie-System fehlt im Allgemeinen dieser Grad an Stoß- und Schwingungsdämpfung. Jedoch sorgen das lüfterlose Design und der integrierte Wärmeverteiler für eine gewisse Haltbarkeit gegenüber einem vollständig belüfteten, lüftergekühlten System.

Belüftete, aktiv gekühlte kommerzielle Systeme sind für Lieferung und Transit klassifiziert. So überstehen sie Stöße und Erschütterungen während des Lieferweges und der Installation. Allerdings bieten sie nicht den für mobile Einrichtungen erforderlichen Schutz.

Merkmal 4: Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

EMV ist die Toleranz des Systems gegenüber Störungen, die durch schnelle Transienten und Spannungsentladungen verursacht werden. Diese verursachen eine fehlerhafte Leistung, Störungen oder Schäden am System. Elektrizität bevorzugt den Weg des geringsten Widerstands. Gibt es einen besseren Weg als die empfindlichen Schaltkreise in einem Computer?

Computer, die in Industrie-, Fertigungs- und ähnlichen Umgebungen eingesetzt werden, benötigen diesen Schutz, da diese Bedrohung so verbreitet ist.

Auch die Stromversorgung bietet einen erheblichen Schutz. Sie ist die erste Verteidigungslinie gegenüber strombedingten Bedrohungen. So ist es eine Strategie, die auf lange Sicht oft mehr kostet, wenn Sie bei der Stromversorgung knausern, um Geld zu sparen Das Netzteil stabilisiert und filtert den Strom, damit empfindliche interne Komponenten nicht beschädigt werden. Wir haben gesehen, wie ganze Racks von Systemen durch eine mangelhafte Stromversorgung funktionsunfähig gemacht wurden. Dadurch wurden erhebliche Kosten und Ausfallzeiten verursacht.

Es gibt mehrere Faktoren, die einen Edge-Computer gegenüber dieser Art von Bedrohung tolerant machen. So führt die Integration des Gehäuses mit EMV-Abschirmung und doppelter rechtwinkliger Abkantung elektrische und HF-Strecken in das geerdete Gehäuse. Daneben haben Systeme, die in dieser Kategorie hoch eingestuft sind, auch eine interne Energieverwaltung und Transistoren als Puffer für elektrische Transienten. 

Rugged-Systeme weisen eine robuste EMV-Toleranz auf. Dadurch sind sie für den Betrieb in Umgebungen mit variabler oder nicht vorhersehbarer Leistung ausgelegt. Lüfterlose Systeme sind gut geschützt, aber ihnen fehlen einige der fortschrittlichen Leistungsmerkmale, über die Rugged-Computer verfügen. Aufgrund ihres belüfteten Gehäuses sind lüftergekühlte Systeme anfälliger für EMV-Interferenzen. Jedoch funktionieren sie zuverlässig, wenn sie in der richtigen Umgebung installiert werden.

Merkmal 5: Edge-Computer werden weltweit eingesetzt

Edge-Computer werden mittlerweile in allen Teilen der Welt eingesetzt. Daher ist es für die System- und Personalsicherheit wichtig, die regulatorischen Anforderungen des jeweiligen Landes zu erfüllen.

Ein äußerst robustes System erfüllt oder übertrifft in der Regel viele globale Standards. Dies ist auf umfangreiche Tests zurückzuführen. Dabei wird die Effektivität seiner Robustheit gemessen. Außerdem werden alle anwendbaren Zertifizierungen vergeben. Infolgedessen tragen diese Systeme üblicherweise CB-Schemata, UL-Listen und andere behördliche Zertifizierungen. Der Rückgriff auf Hardware-Hersteller, die sich die Mühe machen, diese Zertifizierungen für ihre Systeme zu erlangen, spart Zeit und Geld beim Einsatz von Edge-Computern auf einer globalen Ebene.

Lüfterlose und lüftergekühlte Systeme erfüllen in der Regel eine Reihe dieser Normen, jedoch meist zu einem geringeren Grad als Rugged-Computer. Also ist es wichtig zu wissen, durch welche regulatorischen Gewässer zu navigieren ist, da die Anforderungen für verschiedene Länder je nach Region variieren. 

Im Allgemeinen bieten FCC- und CE-Tests von einem A2LA-akkreditierten Labor in Kombination mit einem CB-Schema von einem NRTL-Labor die beste Grundlage für globale Umgebungen. So spart das CB-Schema für Sicherheit Zeit und Kosten für zusätzliche Tests innerhalb des Landes. Es wird von über 50 Ländern anerkannt.

Ein Großteil der Welt verwendet CE-Emissionen und Immunitätsstandards. Selbst wenn ein Land CE nicht als den akzeptierten Standard anerkennt, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass die von ihm geforderten Prüfungen ähnliche oder sogar dieselben Prüfparameter haben. Außerdem ist es erwähnenswert, dass eine Modifikation des Systems oder die Verwendung von Konfigurationsoptionen, die in der Auflistung oder Zertifizierung nicht abgedeckt sind, den rechtlichen Schutz dieser Zertifikate ungültig machen könnte.

Merkmal 6: Temperatur

Die Temperatur spielt eine wichtige Rolle bei Leistung und Zuverlässigkeit des Systems. Die thermische Verlustleistung (thermal design power, TDP) des Prozessors und der Komponenten, Kühlmethoden, Umgebung und Einrichtung beeinflussen, wie das System mit heißen und kalten Temperaturen umgeht.

Dabei erfreut sich die Klasse der Rugged Edge-Computer eines Betriebstemperaturbereichs von bis zu -40 bis 70°C. Somit rangiert sie in der Temperaturkategorie am höchsten. Daneben arbeiten lüfterlose und lüftergekühlte Edge-Computer meist in Temperaturbereichen von 0 bis 50°C.

Wenn kommerzielle Boards Temperaturen unter null Grad Celsius ausgesetzt werden, verschieben sich bestimmte Geräte möglicherweise aus der Toleranz. Bei Temperaturen von -20°C und darunter gibt es spezifische Entscheidungen zum Board-Design und -Layout, die unbedingt zu schützen sind. Zusätzlich kann Feuchtigkeit in den Boards zu deren Ablösung führen. Die Kontraktionen können auch die kleinen Durchgangslöcher und Bindungen brechen. 

Lüfterlose und Rugged-Edge-Computer, die auf passiver lüfterloser Kühlung beruhen, ziehen Energie von wärmeerzeugenden Komponenten ab. Dies wird durch einen Wärmeverteiler erreicht. Er wird an der CPU und den wärmeerzeugenden Komponenten angebracht. Die Wärmeenergie wandert durch den Verteiler in das Gehäuse und wird über die Kühlrippen des Systems abgeführt.

Die auf diese Weise abgeführte Wärme ist beträchtlich, aber es gibt eine Schwelle. Wenn CPUs an ihre Erwärmungsgrenze gebracht werden, drosseln sie die Leistung, um sich selbst zu schützen. Das ist normal, aber es ist wichtig zu verstehen, wie sich das System unter starker Belastung verhält, insbesondere in heißen Umgebungen.

Dazu ist es erforderlich, die Verarbeitungsbedürfnisse der Anwendung zu verstehen. Für maximale Langlebigkeit läuft ein System idealerweise bei 60-80 Prozent seiner maximalen Kapazität. Dadurch ist die Verwendung von Turbo Boost oder zusätzlichen Cores für hohe Verarbeitungslasten möglich, bevor es zu den normalen Betriebszyklen zurückkehrt.

Außerdem verringert der ständige Betrieb des Systems bei maximaler Performance die Lebensdauer. Die Balance aus Leistung und Kühlung ist entscheidend für die Zuverlässigkeit und das Kostenmanagement.

Nennen Sie uns Ihre Anforderungen

Jetzt, da Sie die Merkmale und Kategorien von Edge-Computern kennen, sind Sie besser in der Lage, diese mit den Anforderungen Ihrer Anwendung abzugleichen. Doch es gibt noch viel mehr, was Sie bei Ihrer Hardware-Auswahl beachten müssen. Werfen Sie einen Blick auf unsere umfassende Hardware-Checkliste. So gehen Sie sicher, dass Sie bei der Auswahl eines IoT- oder Edge-PCs kein Detail übersehen. 

Wenn Sie bereit sind, wenden Sie sich an die Expert:innen von OnLogic. Gerne erfahren wir Ihre Anforderungen und helfen Ihnen bei der Auswahl der besten Edge-Computer für Ihre anspruchsvolle Umgebung.