Die Suche nach Edge-Computern kann schwierig sein. Dieser Leitfaden über die Unterschiede zwischen Edge-PCs wird Ihnen helfen, schnell die richtige Lösung zu finden.

Was ist der Unterschied zwischen Edge-Computern?

Im vorherigen Beitrag in unserer Reihe „Wie findet man einen Edge-Computer?“ wurden Edge-Computer in drei simple Kategorien eingeteilt: lüftergekühlt, lüfterlos und robust. In diesem Beitrag erforschen wir die Eigenschaften von Edge-Computern, um ihre Unterschiede zu verstehen. Sich mit diesen Informationen zu wappnen, macht es viel einfacher, die richtige Hardware zu finden.

Wir können die Eigenschaften eines Embedded-Computers in sechs allgemeine Merkmale unterteilen. Der Vergleich Ihrer Bedürfnisse mit diesen Merkmalen gibt Ihnen eine schnelle Möglichkeit, Ihre Auswahl auf Basis der Variablen einzugrenzen, mit denen die anspruchsvollsten Einsätze von Edge-Computern konfrontiert sind.

Die folgende Grafik ist ein vereinfachter Leitfaden, der Ihnen helfen soll, die Unterschiede zwischen Edge-PCs zu verstehen. Wir erläutern diese Merkmale und ihre Bedeutung und beleuchten Schlüsselfaktoren, die bei der Beschaffung von Edge-Computer-Hardware zu berücksichtigen sind.

stats for edge computers

Überlebensfähigkeit

edge computer survivability

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

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

Eine hohe Überlebensfähigkeit bedeutet jedoch nicht, dass das System unzerstörbar ist. Selbst die härtesten Computer haben Grenzen. Wir empfehlen, Ihr System in der Umgebung, in der es betrieben wird, einem Stresstest zu unterziehen, um eine gleichbleibende Verlässlichkeit zu gewährleisten.

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

Auf der nächsttieferen Ebene sind Systeme, die zur Kühlung ihrer Komponenten Lüfter nutzen. Dies senkt die Gesamtkosten, da technisch ausgereiftere Kühllösungen wegfallen. Allerdings bieten sie aufgrund des belüfteten Gehäuses und zusätzlicher beweglicher Teile nicht das Maß an Überlebensfähigkeit, das robuste und industrielle Systeme bieten. Das bedeutet jedoch nicht, dass diese Systeme nicht zuverlässig sind. Sie sind eine großartige Option, wenn sie in sauberen, klimakontrollierten Umgebungen eingesetzt werden.

Schadstoffklasse

pollution class for edge computers

Die Schadstoffklasse bezieht sich auf das Level der Partikeldichte, die das System tolerieren kann. 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. Partikel, die in das System eindringen, können korrosive Stoffe transportieren, die elektrische Komponenten kurzschließen und Lötstellen beschädigen und so Ihr System und seine Daten gefährden.

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. Das Verständnis des Verschmutzungsgrades in den Einsatzumgebungen hilft, dieses Problem zu entschärfen.

Stöße und Vibration

shock and vibration for iot pcs

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

Robuste Computer tolerieren Stöße und Vibrationen von bis zu 50 G, um in Fahrzeug-, Schienenverkehrs- und anderen mobilen Anwendungen zu 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, das mechanische Festklemmen von Abschnitten des Boards und der Entwurf von Boards mit ausreichender Steifigkeit, um resonanten zerstörenden Schwingungen mit minimalen Verbindungen standzuhalten, bieten diesen Schutz. Wenn Sie erwarten, dass die Dinge in Ihrem Einsatzbereich handfest werden, beginnen Sie Ihre Suche mit robusten Systemen.

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

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

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

EMC protection for edge computers

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. Wir haben uns im Detail mit der Anwendung von Best-Practice-Methoden für industrielle Einsätze befasst. Das Wesentliche ist, dass Installationen, die sich nicht an diese Best-Practices halten, durch statische Entladungen, Spannungsrückschläge, Stromausfälle und Blitzeinschläge gefährdet sind.

Auch die Stromversorgung bietet einen erheblichen Schutz. Sie ist die erste Verteidigungslinie gegenüber strombedingten Bedrohungen. Bei der Stromversorgung zu knausern, um Geld zu sparen, ist eine Strategie, die auf lange Sicht oft mehr kostet. 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, was erhebliche Kosten und Ausfallzeiten verursachte.

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

Rugged-Systeme weisen eine robuste EMV-Toleranz auf. Sie sind 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 robuste Computer verfügen. Lüftergekühlte Systeme sind aufgrund ihres belüfteten Gehäuses anfälliger für EMV-Interferenzen. Sie funktionieren jedoch zuverlässig, wenn sie in der richtigen Umgebung installiert werden.

Globale Einsatzbereitschaft

global readiness for edge PCs

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, um die Effektivität seiner Robustheit zu messen und alle anwendbaren Zertifizierungen zu 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 robuste Computer. Es ist 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, um sich in globalen Umgebungen zu bewegen. Das CB-Schema für Sicherheit, das von über 50 Ländern anerkannt wird, spart Zeit und Kosten für zusätzliche Tests innerhalb des Landes.

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. Es ist 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.

Temperatur

wide temperature edge computers

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

Die robusten Edge-Computer erfreuen sich eines Betriebstemperaturbereichs von bis zu -40 bis 70°C und rangieren in der Temperaturkategorie am höchsten. Lüfterlose und lüftergekühlte Edge-Computer arbeiten im Allgemeinen 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 Design und Layout der Boards, die unbedingt zu schützen sind. Zusätzlich kann Feuchtigkeit in den Boards dazu führen, dass sie sich ablösen. Die Kontraktionen können auch die kleinen Durchgangslöcher und Bindungen brechen, die das Board verbinden. 

Robuste und lüfterlose Edge-Computer, die auf passiver lüfterloser Kühlung beruhen, ziehen Energie von wärmeerzeugenden Komponenten ab. Dies wird durch einen Wärmeverteiler erreicht, der an der CPU und den wärmeerzeugenden Komponenten angebracht wird. 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 eine maximale Langlebigkeit läuft ein System idealerweise bei 60-80% seiner maximalen Kapazität. Dies ermöglicht die Verwendung von Turbo Boost oder zusätzlichen Cores für hohe Verarbeitungslasten, bevor es zu den normalen Betriebszyklen zurückkehrt.

Es ist auch wichtig zu beachten, dass der ständige Betrieb des Systems bei maximaler Performance die Langlebigkeit des Systems verringert. Die richtige Mischung aus Leistung und Kühlung ist entscheidend für die Zuverlässigkeit und das Kostenmanagement.

Wie geht es von hier aus weiter mit den Edge-Computern?

Das Verstehen der Eigenschaften von Edge-Computern und das Abwägen dieser Eigenschaften mit Ihren Anforderungen an die Anwendung hilft Ihnen, Ihre Suche einzugrenzen. Aber es ist nicht der einzige Faktor, der die Hardware-Auswahl bestimmt. Sehen Sie sich unsere umfassende Hardware-Checkliste an, um sicherzustellen, dass Sie bei der Auswahl eines IoT- oder Edge-PCs keine Details übersehen.

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