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Ein lüfterloser Industrie-NUC – was ist das?

Von ·Kategorien: Industrielles IoT, Technik erklärt, Vertrauen Sie auf OnLogic·Published On: August 9th, 2021·6.9 min read·

Ein lüfterloser Industrie-NUC entstand bald nach Veröffentlichung des verbraucherorientierten Intel® Next Unit of Computing (NUC). Der NUC wurde entwickelt, um die Leistung eines vollwertigen Computers in ein kompaktes Paket zu packen. Zwar wurde der NUC als Verbraucherprodukt auf den Markt gebracht. Jedoch machten seine geringe Größe und seine beeindruckenden Fähigkeiten ihn sofort für professionelle Anwender:innen interessant.

OnLogic hatte das Privileg, einige der allerersten Gehäuse für lüfterlose Industrie-NUC zu entwickeln. Diese Einheiten wurden bewusst mit unserer Hardshell-Fanless-Technologie konzipiert. Somit können sie auch außerhalb einer temperaturregulierten Büroumgebung eingesetzt werden. Seitdem hat jede neue Generation von NUC-Motherboards die Leistung und das Potenzial dieser kompakten Systeme erhöht. Mit diesen Fortschritten entstand eine noch größere Flexibilität bei der Art und Weise, wie Computeranwender:innen in der Industrie diese Mini-PCs nutzen.

Eine kurze Geschichte des NUC

Intel wagte 2012 mit seiner Next-Unit-of-Computing-Plattform den Sprung in den wachsenden Markt für PCs mit kleinem Formfaktor. Damit schlug das Unternehmen hohe Wellen. Da Intel Marktführer in der CPU-Herstellung ist, war es überraschend, dass das Unternehmen einen so großen Schritt in den Vertrieb von Komplettsystemen machte.

Doch das Engagement von Intel für seine NUC-Reihe zahlte sich aus. In den folgenden Jahren tauchte Intel NUC-Hardware in vielen Formen auf. Auch andere Motherboard-Hersteller begannen, ihre eigenen Versionen auf den Markt zu bringen.

Systeme mit kleinem Formfaktor, die auf Mini-ITX- und Pico-ITX-Boards basieren, waren nichts Neues. Jedoch bot der NUC eine einzigartige Kombination aus Größe und Leistung. Somit war er ideal geeignet für die Installation in räumlich beschränkten Umgebungen. Darüber hinaus erforderten frühere Generationen von in Massenproduktion hergestellten, firmeneigenen PCs mit kleinem Formfaktor oft eine Anpassung. Nur so konnte eine bestimmte Anwendung optimal bedient werden. Im Gegensatz dazu bot der NUC eine feste I/O-Konfiguration. Dadurch war man nicht auf die Verwendung von integrierten Stiftleisten angewiesen, um I/O für industrielle Anwendungen zu ermöglichen.

Ein lüfterloser Industrie-NUC entsteht

Die erste Welle von NUC-Gehäusen für Endverbraucher:innen war nicht für die anspruchsvollen Bedingungen ausgelegt, die häufig außerhalb einer Büroumgebung herrschen. Die Kunststoffgehäuse samt Lüfter und Belüftungsöffnungen verursachen Probleme mit der Verlässlichkeit, wenn sie in einer lebhaften Produktionshalle oder an der Wand in einer staubigen Sägerei montiert werden. Doch es dauerte zum Glück nicht lange, bis industrielle NUC-Systeme auf den Markt kamen. Sie wurden speziell entwickelt, um eine haltbarere und verlässlichere Lösung zu bieten.

Wodurch zeichnet sich ein lüfterloser Industrie-NUC aus?

Der offensichtlichste Unterschied zwischen einem Verbraucher-NUC und seinem industriellen Gegenstück ist das Gehäuse. Verbraucher-NUC verwenden eine Mischung aus Polycarbonat und Kunststoff. Hingegen bestehen Industrie-NUC-Systeme in der Regel aus einer Stahl- oder Aluminiumkonstruktion. Dank dieser Materialien können sie Stößen, Vibrationen und sogar Einwirkungen durch Maschinen oder Werkzeuge besser standhalten.

NUC-Systeme für Verbraucher:innen folgen einem standardisierten Formfaktor und einer Ästhetik, die mittlerweile überall zu erkennen ist. Im Gegensatz dazu bieten Industrie-NUC-Systeme häufig zusätzliche Funktionen. Dazu gehören etwa Erweiterungsschächte für mehr Speicher, spezialisierte Zusatzkarten oder branchenspezifische I/O.

Industrie-NUC-Gehäuse sehen ein wenig anders aus als ihre Gegenstücke für Verbraucher:innen, da sie eine passive Kühltechnologie verwenden. Dazu gehören in den meisten Fällen Designmerkmale wie Kühlrippen zur Wärmeableitung. Außerdem kann bei vielen Industrie-NUC-Gehäusen auf alle externen Öffnungen im Gehäuse verzichtet werden, die sonst für eine aktive Kühlung nötig wären.

Eine der wichtigsten Verbesserungen der Betriebssicherheit vieler Industrie-NUC ist der Wegfall aller beweglichen Teile. Dazu gehören der Lüfter und die rotierenden Festplattenlaufwerke. Daneben ermöglicht die Verwendung von mSATA- und M.2-Laufwerken eine Reihe von Speicheroptionen, ohne die damit verbundenen Schwachstellen von Festplattenlaufwerken (HDDs).

Verlässlichkeit in den NUC einbauen

Computerausfälle sind für alle eine frustrierende Erfahrung. Doch die Auswirkungen unzuverlässiger Industrie-Computer können ein Unternehmen unglaublich viel Zeit und Geld kosten. Hardwareausfälle können eine Fertigungsstraße zum Stillstand bringen. Außerdem können sie zu unbrauchbaren Produkten führen oder Daten ungenau oder unzugänglich machen. Die Verlässlichkeit eines Computersystems wird durch zahlreiche Variablen beeinflusst. Daher haben die Hersteller von Industrie-PCs hart daran gearbeitet, die häufigsten Fehlerquellen zu beseitigen . Somit wird die Betriebszeit maximiert.

Die besonderen Anforderungen, die Computeranwender:innen in der Industrie an ihre Umgebung stellen, gehen über das hinaus, was man sehen oder fühlen kann. Der Schutz vor Interferenzen ist ein wichtiges Merkmal für Geräte, die in und zwischen anderen Geräten installiert werden. Daher besitzt ein lüfterloser Industrie-NUC doppelte rechtwinklige Schnittstellen an den Gehäuseverbindungen. So werden RF und elektrostatische Entladung (electrostatic discharge, ESD) begrenzt. Daneben tragen eloxiertes Aluminium und vernickelte Stahlteile sowie spezielle ESD-abschirmende Dichtungen ebenfalls zur Vermeidung von Interferenzen bei.

Speziell angefertigte Kühlkörper oder Wärmeleitrohre werden in lüfterlosen NUC-Systemen verwendet, um die Wärmeenergie von internen Komponenten direkt in das Systemgehäuse zu leiten. Anschließend wird die Wärme über die Umgebungsluft abgeleitet. Indem die Eintrittspunkte für Verunreinigungen aus der Luft entfallen, werden Staub, Fett, Chemikalien und Korrosionsmittel ferngehalten. Andernfalls sammeln sich diese schnell auf den internen Komponenten an und führen zu Überhitzung oder elektrischen Kurzschlüssen.

Da wir gerade von Wärme sprechen: Die Betriebstemperatur ist ein weiteres wichtiges Thema bei Industrie-Computern. NUC-Motherboards für Verbraucher:innen bewegen sich alle im Bereich von 0 °C für die festgelegte niedrige Betriebstemperatur und 40-50 °C am oberen Ende. Daher beginnen die Motherboard-Hersteller, mit breiteren Temperaturbereichen für den Einsatz in weniger temperaturkontrollierten Umgebungen zu experimentieren. Derartige Anwendungen mit extremen Temperaturbereichen kommen bei Industrie-PCs immer häufiger vor, da die Rechenleistung zunehmend im Edge eingesetzt wird. Dort können die Temperaturen um den Gefrierpunkt schwanken und/oder weit in den hohen zweistelligen Celsius-Bereich steigen.

Unterschiede im NUC-Lebenszyklus

Projekte im Bereich der industriellen Datenverarbeitung sind auf die Standardisierung von Komponenten angewiesen. So wird eine einheitliche Produktlieferung und Leistung gewährleistet. Daneben erfordern viele industrielle Zertifizierungen und regulatorische Tests, dass ein Gerät für die Zulassung auf eine bestimmte Konfiguration festgelegt werden muss. Allerdings hat Unterhaltungselektronik, insbesondere Computerhardware, selten einen Produktlebenszyklus von mehr als ein oder zwei Jahren.

Während NUC-Systeme für Verbraucher:innen einen Lebenszyklus von ein bis drei Jahren haben, bieten einige Industrie-NUCs einen Lebenszyklus von ganzen fünf Jahren. Ein längerer Produktlebenszyklus bedeutet, dass Integrator:innen leichter auf eine Hardwarekonfiguration standardisieren können. So können sie sicher sein, dass die Komponenten für künftige Bestellungen oder als Ersatz verfügbar sind.

Verbindungsoptionen

Der letzte wesentliche Unterschied zwischen Verbraucher- und Industrie-NUCs ist eines der ersten Dinge, die den meisten Nutzer:innen von Verbrauchercomputern auffallen – die Anschlussmöglichkeiten. Die Anforderungen an die Konnektivität von Anwender:innen aus der Industrie unterscheiden sich stark von denen durchschnittlicher PC-Nutzer:innen.

Die Integration älterer Infrastrukturen in einer Maschinenhalle oder einer industriellen Automatisierungsanwendung erfordert häufig I/O-Verbindungsstandards, die im Verbraucherbereich als veraltet gelten. Beispielsweise sind serielle Schnittstellen (COM) oder sogar DVI-Anschlüsse bei Industrie-PCs keine Seltenheit. Digitale Input/Outputs (DIO) sind ebenfalls ein häufiges Merkmal heutiger Industrie-Systeme. Dadurch ist eine vielseitige, individuelle Programmierung und Steuerung möglich.

OnLogic Industrie-NUC

Die Zukunft lüfterloser Industrie-NUC

Der NUC-Formfaktor hat seit 2012 einen langen Weg zurückgelegt. Anfangs war er jahrelang ausschließlich mit Intel-CPUs erhältlich. Daraufhin haben Hardwarehersteller begonnen, Systeme im bekannten Formfaktor mit 10 x 10 Zentimetern und AMD-Prozessoren auf den Markt zu bringen. Die übergreifende Beliebtheit bleibt bestehen. So haben die Anwender:innen von Industrie-PCs nun eine neue Auswahl von Optionen, auf deren Grundlage sie ihre Lösungen entwickeln können.

Was kommt als Nächstes? Der neue ML100G-53 und der ML100G-41 von OnLogic bieten zwei neue Optionen im NUC-Formfaktor, die von den neuesten Intel- bzw. AMD-Prozessoren betrieben werden. Der ML100 wird bereits für den Betrieb von ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugen sowie für moderne unbemannte Steuerungssysteme für Luftfahrzeuge eingesetzt. Daneben kommt er einer breiten Palette von Robotik-, IoT- und Industrie 4.0-Lösungen zum Einsatz. Wir sind gespannt, was unsere Kund:innen mit diesen neuen ML100-Modellen entwickeln werden.

Sehen Sie sich selbst unsere gesamte Reihe von NUC-Systemen an.

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About the Author: Darek Fanton

Darek ist Communications Manager bei OnLogic. Seine Leidenschaft für Journalismus und Technologie hat ihn von den Redaktionen lokaler Zeitungen bis in die Produktionshallen von IBM geführt. Aufgrund seines Hintergrunds in der Nachrichtenredaktion ist er immer auf der Suche nach den neuesten technischen Entwicklungen und den besten Möglichkeiten, diese Informationen mit den Lesenden zu teilen. Neben seiner Affinität für Worte ist Darek auch ein Musikliebhaber, Jongleur und ein großer Fan von schlechten Witzen.
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