De zoektocht van edge computers kan lastig zijn. Deze handleiding weergeeft de verschillen tussen edge pc’s en zal je helpen om snel een geschikte oplossing te vinden.

Wat is het verschil tussen edge computers?

De vorige post in onze ‘Hoe vind je de juiste edge computer’-serie, splitste edge computers op in drie eenvoudige categorieën: ventilator gekoeld, fanless en rugged. In deze post onderzoeken we de eigenschappen van edge computers om hun verschillen te begrijpen. Jezelf voorzien van deze informatie maakt het veel gemakkelijker om de juiste hardware te vinden.

We kunnen de karakteristieken van een embedded computer indelen in 6 algemene kenmerken. Door jouw behoeften met deze kenmerken te vergelijken, kan de selectie snel verfijnd worden op basis van de variabelen waarmee de meeste edge computerimplementaties worden geconfronteerd.

De volgende afbeelding is een versimpelde weergave om beter de verschillen tussen edge pc’s te begrijpen. We gaan later dieper in op alle kenmerken. We bekijken wat ze betekenen en lichten de hoofdzaken uit die je moet meenemen in de overweging bij jouw edge computerhardware zoektocht.

stats for edge computers

Overlevingsvermogen

edge computer survivability

Edge computers hebben vaak te maken met stof, extreme temperaturen, electrostatic discharge (ESD), impactkracht en constante trillingen. Plotselinge gebeurtenissen, zoals enorme spanningspieken, overmacht, en andere onvoorziene omstandigheden bedreigen ook embedded systemen. Overlevingsvermogen vertegenwoordigt het vermogen van een systeem om deze factoren in de loop der tijd aan te kunnen.

Een hoge score betekent dat het systeem deze extremen tolereert en bestand is tegen onvoorziene en aanhoudende gebeurtenissen die plaatsvinden. Voor uitdagende omgevingen zou overlevingsvermogen jouw eerste overweging moeten zijn bij het selecteren van een embedded computer. Voor deze omstandigheden zijn rugged edge computers een goed eerste uitgangspunt.

Toch betekent een hoog overlevingsvermogen niet dat een systeem onverwoestbaar is. Zelfs de meest robuuste computers hebben grenzen. We bevelen het aan om stress-testen bij jouw systeem uit te voeren in de omgeving waar deze moet werken om consistente betrouwbaarheid te garanderen.

Bij een lagere score betekent het dat een systeem een wat lagere mate van bescherming heeft tegen schokken, trillingen en extreme temperaturen. Deze fanless systemen kunnen nog steeds tegen grote hoeveelheden vuil, stof of puin en tolereren kleine, infrequente impactkrachten.

Nog een niveau lager zitten de systemen met ventilator voor het koelen van componenten. Dit verlaagt de algehele kosten door de uitsluiting van meer geavanceerde koeloplossingen. Doordat er openingen in de behuizing zitten en bewegende onderdelen aanwezig zijn hebben ze ook niet het niveau van overlevingsvermogen die rugged industriële systemen bieden. Nog steeds zijn deze systemen niet onbetrouwbaar. Ze zijn een goede optie bij gebruik in schone klimaatgeregelde omgevingen.

Verontreinigingsklasse

pollution class for edge computers

De verontreinigingsklasse verwijst naar het niveau aan deeltjesdichtheid dat een systeem kan tolereren. Stof en vuil zijn voorbodes van onheil voor elke computer. Zodra deze materialen het systeem binnendringen, brengen ze bewegende onderdelen binnen het systeem in gevaar en bedreigen de interne componenten. Deeltjes die in het systeem komen, kunnen bijtende stoffen bevatten die zorgen voor kortsluiting bij elektrische componenten en soldeerpunten beschadigen, waardoor jouw systeem en data in gevaar komen.

Een hoge verontreinigingsscore vertaalt zich in goede bescherming tegen deze vervuiling met een fanless design en afschermende behuizingen. Deze zaken voorkomen dat ongewenst materiaal binnen kan dringen. 

Omgekeerd duidt een lagere score op een geventileerd systeem dat actief gekoeld wordt met een ventilator. Dit betekent niet dat het systeem inferieur of onbetrouwbaar is. Het laat simpelweg zien dat het systeem niet is ontworpen met deze beveiliging in gedachte. 

Het inzetten van een systeem met een lage verontreinigingsscore in een deeltjesrijke omgeving is een uitnodiging tot catastrofaal systeemfalen. Inzicht in het niveau van vervuiling in de omgeving voordat implementatie plaatsvindt, helpt dit probleem te voorkomen

Schokken en trillingen

shock and vibration for iot pcs

Schokken en trillingen beschrijven de mate van schok- en trillingsfrequentie een systeem kan tolereren. 

Rugged computers tolereren tot aan 50G bij schokken en trillingen om te kunnen overleven in voertuigen, spoorwegen en andere mobiele toepassingen. Daarom krijgen ze de hoogste score in deze categorie.

Een combinatie van mechanische technieken absorbeert en herverdeelt energie door het systeem heen om het te beschermen. Het gebruik van kortere componenten die laterale energie weerstaan, het mechanisch vastklemmen van delen van het bord en het ontwerpen van moederborden met voldoende stijfheid om resonante destructieve trillingen met minimale onderlinge verbindingen te weerstaan, bieden deze bescherming. Als je verwacht dat fysiek gebruik belangrijk wordt tijdens jouw implementatie, start dan met zoeken bij rugged systemen.

Een fanless industrieel systeem ontbreekt het meestal aan deze mate van schok- en trillingstolerantie. Toch zorgen het fanless ontwerp en geïntegreerde warmteverdeler voor wat extra duurzaamheid tegenover een volledig geventileerd, ventilator gekoeld systeem.

Geventileerde, actief gekoelde systemen zijn beoordeeld voor levering en doorvoer. Ze overleven stoten en geduw tijdens de verzending en installatie. Ze bieden niet de vereiste bescherming voor mobiele implementaties.

Electromagnetic Compatibiliteit (EMC)

EMC protection for edge computers

EMC is de tolerantie van het systeem voor interferentie veroorzaakt door snelle transiënten en spanningsontladingen. Deze veroorzaken onregelmatige prestaties, storingen of schade aan het systeem. Elektriciteit kiest voor het pad van de minste weerstand. Wat is een beter pad dan de gevoelige circuits in een computer?

Computers in industriële-, productie-, en vergelijkbare omgevingen vereisen deze bescherming, omdat deze bedreiging veelvuldig voorkomt. We zijn uitgebreid ingegaan op het toepassen van best-practices op het gebied van energie voor industriële implementaties. Hetgeen je hiervan mee moet nemen is dat installaties die deze best-practices niet volgen, risico lopen op statische ontlading, spannings-loopbacks, stroomuitval en blikseminslag.

De voeding biedt ook aanzienlijke bescherming. Het is de eerste verdedigingslinie voor stroomgerelateerde bedreigingen. Beknibbelen op de stroomvoorziening om geld te besparen is een strategie die op de lange termijn vaak meer kost. De voeding stabiliseert en filtert de stroom zodat deze geen schade toebrengt aan gevoelige interne componenten. We hebben hele rekken met systemen gezien die onbruikbaar zijn geworden door ontoereikende voedingen, waardoor aanzienlijke kosten en downtime zijn ontstaan.

Er zijn meerdere factoren die een edge computer tolerant maken voor dit soort bedreigingen. Door de behuizing te integreren met EMC-bescherming en dubbele rechte hoeken worden directe elektrische- en RF-richtingen in het geaarde chassis gevouwen. Systemen die hoog scoren in deze categorie hebben ook intern stroombeheer en transistors die dienen als buffers voor elektrische transiënten.

Rugged systemen hebben een robuuste EMC-tolerantie. Ze zijn ontworpen om te werken in omgevingen met variabel of onvoorspelbaar vermogen. Fanless systemen zijn goed beschermd, maar missen enkele van de geavanceerde vermogensfuncties van rugged computers. Ventilator gekoelde systemen zijn door hun geventileerde behuizing gevoeliger voor EMC-interferentie, maar ze presteren betrouwbaar wanneer ze in de juiste omgeving worden geïnstalleerd.

Algemene gereedheid

global readiness for edge PCs

Edge computers worden nu overal ter wereld ingezet. Hierdoor is het belangrijk om te voldoen aan de wettelijke vereisten voor veiligheid van het systeem en personeel van elk individueel land.

Een systeem met hoog rugged-niveau voldoet of overtreft doorgaans de wereldwijde standaarden. Dit komt door de uitgebreide testen om de doeltreffendheid te meten van de mate van robuustheid (ruggedization) en eventuele bijbehorende certificeringen toe te kennen. Hierdoor bezitten deze systemen normaal gesproken CB-Schemes, UL-listings, en andere wettelijke certificeringen. Door te kiezen voor hardwarefabrikanten die de tijd nemen om deze certificeringen voor hun systeem te behalen zal je tijd en geld besparen bij het implementeren van edge computers op een globale schaal.

Fanless en ventilator gekoelde systemen voldoen over het algemeen aan een aantal van deze standaarden, maar meestal in mindere mate dan rugged computers. Het is daarom belangrijk om te weten welke regelgeving je tegen kan komen, omdat de vereisten van verschillende landen kan variëren per regio. 

Over het algemeen bieden FCC- en CE-testen van een A2LA-geaccrediteerd laboratorium in combinatie met een CB-scheme van een NRTL lab de beste basis om door wereldwijde omgevingen te navigeren. Het CB-scheme voor veiligheid, erkend door meer dan 50 landen, bespaart de tijd en kosten van aanvullende testen per land.

Een groot deel van de wereld gebruikt CE-emissie en immuniteit standaarden. Zelfs als een land CE niet als geaccepteerde standaard erkend, is de kans groot dat de testen die vereist zijn vergelijkbare of zelfs dezelfde testparameters hebben. Het is het vermelden waard dat wijzigingen in het systeem of het gebruik van configuratie-opties die niet in de lijst of certificering worden vermeld, de wettelijke bescherming van deze credentials ongeldig kan maken.

Temperatuur

wide temperature edge computers

Temperatuur speelt een hoofdrol bij systeemprestaties en betrouwbaarheid. Het thermisch ontwerpvermogen, ook wel Thermal Design Power (TDP), van processors en componenten, koelmethoden, omgeving, en installatie zijn van invloed op de manier waarop het systeem omgaat met hoge en lage temperaturen.

Rugged edge computers hebben een bedrijfstemperatuurbereik van maar liefst -40 tot 70°C en scoren het beste in de temperatuurcategorie. Fanless en ventilator gekoelde edge computers hebben over het algemeen een temperatuurbereik dat varieert van 0 tot 50°C.

Zodra commerciële borden worden blootgesteld aan temperaturen beneden 0, kunnen bepaalde apparaten buiten deze tolerantie vallen. Bij -20°C en lager zijn specifieke bordontwerpen en layout-beslissingen van cruciaal belang voor de bescherming. Bovendien kan vochtigheid in de borden ervoor zorgen dat ze splijten. De inkrimpingen kunnen ook de kleine gaten en bindingen verbreken die het bord verbinden. 

Rugged en fanless edge computers die vertrouwen op passieve fanless koeling trekken energie weg van de hitte genererende componenten. Dit wordt bereikt door middel van een op de CPU aangebrachte hitteverdeler en warmtegenerende componenten. Warmte-energie verplaatst zich door de verdeler naar de behuizing en wordt afgevoerd via de koelvinnen van het systeem.

De warmte die op deze manier wordt afgevoerd is aanzienlijk, maar er is een grenswaarde. Wanneer CPU’s tot hun warmtelimiet worden gedreven, beperken ze de prestaties om zichzelf te beschermen. Dit is normaal, maar het is belangrijk om te weten hoe het systeem presteert onder zware belasting, vooral in warme omgevingen.

Dit vereist inzicht in de verwerkingsbehoeften van de toepassing. Voor een maximale levensduur draait een systeem idealiter op 60-80% van zijn maximale capaciteit. Hierdoor kan het turboboost of extra kernen gebruiken voor zware verwerkingstaken voordat het terugkeert naar een normale werking.

Het is ook belangrijk op te merken dat het constant draaien van het systeem met maximale prestaties de levensduur verkort. De juiste combinatie van prestaties en koeling is van cruciaal belang voor betrouwbaarheid en kostenbeheer.

Wat vanaf hier te doen met edge computers

Als je de eigenschappen van edge computers begrijpt en deze afstemt op jouw toepassingsvereisten wordt het makkelijker de zoekopdracht te beperken. Maar het is niet de enige factor die de hardwareselectie beïnvloedt. Bekijk onze uitgebreide hardwarechecklist  om er zeker van te zijn dat je geen details mist bij het kiezen van een IoT of edge pc.

Abonneer jezelf op de I/O Hub om updates te ontvangen over deze serie en andere edge computer-gerelateerde content. Als je klaar bent om jouw zoektocht te starten, bekijk dan ons aanbod met OnLogic edge computers, of verfijn de zoekopdracht door te zoeken op rugged edge computers, industriële fanless edge computers, en ventilator-gekoelde edge computers.