IIoT: Schnell muss es sein

Eine neue Klasse von Embedded-High-Performance-Computing ermöglicht jetzt Echtzeit-Datenverarbeitung und -analyse auch in herausfordernden Bereichen des IIoT

Wenn es darum geht, das Potenzial des Industrial Internet of Things (IIoT) auszuschöpfen, wird die Echtzeitverarbeitung der gigantischen Big-Data-Berge aus zahlreichen vernetzten Maschinen, Geräten und anderen Assets immer wichtiger.

Aber typische Cloud-Computing-Modelle sind nicht für IIoT-Anwendungen geeignet, da sie ausnahmslos in Rechenzentren gehostet werden, die sich in beträchtlicher Entfernung von Fabrikhallen und jenen industriellen Umgebungen befinden, wo die Daten tatsächlich produziert werden. In diesen Umgebungen macht jede Verzögerung bei der Datenübertragung und -analyse schnell potenziell verwertbare Informationen zu "alten Hüten".

Dabei brauchen wir nur an Beispiele denken wie eine vorausschauende Wartungsapplikation, die nicht sofort auf ein mögliches Maschinenproblem in der Produktionslinie reagieren kann, oder ein Windpark-Steuerungssystem, das sich auf die Produktivität auswirkt, weil die Turbinen zu langsam auf sich ändernde Windbedingungen reagieren. Oder ein Ölexplorations-System, welches sofortige Warnungen über potenziell gefährliche Gasansammlungen zu spät auslöst.

Eine neue "Best of All Worlds"-Lösung für das IIoT-Zeitalter

Die ideale Lösung für die IIoT-Welt wäre eine sichere, robuste Rechnerumgebung, die die Lücke zwischen moderner Informationstechnologie und den heutigen operativen Technologien schließt. Sie sollte skalierbares, lokalisiertes Computing, Ressourcenvirtualisierung und sowohl Echtzeit- als auch weniger zeitkritische Computing-Anforderungen unterstützen.

Für diese umfangreichen Anforderungen ist jetzt endlich eine Lösung in Sicht. Sie nutzt immer noch die komfortablen, skalierbaren Rechen-, Anwendungs- und Speicherressourcen der öffentlichen Cloud, wenn nötig, konzentriert sich aber auf die Bereitstellung von leistungsfähigem "Edge Computing". Auf diese Weise können bestimmte Anwendungen in unmittelbarer Nähe zum Aktionsort ausgeführt werden.

Hier kommt Fog ins Spiel

Embedded-Edge-Server stellen die wichtigsten Computing-, Speicher- und Netzwerkdienste zwischen den Endgeräten und zentralisierten Cloud-Datenzentren bereit. Damit dies jedoch effizient funktioniert, können Edge-Server nicht isoliert arbeiten und werden daher zunehmend mit dem kombiniert, was Cisco "Fog Computing" genannt hat. Fog erweitert effektiv die Funktionalität von Edge-Computern, indem es die Cloud auf die lokale Ebene herunterführt, indem sowohl zentralisierte als auch verteilte Computing-Ressourcen in einer einzigen Architektur kombiniert werden, sodass Edge-Geräte miteinander und mit der zentralisierten Cloud kommunizieren können.

Laut dem OpenFog-Konsortium ergänzt die Fog-Architektur das Edge-Computing-Modell ideal, indem sie das fehlende Bindeglied dafür bereitstellt, welche Daten in die Cloud übertragen werden müssen und was lokal verarbeitet werden sollte. Es bietet wichtige Funktionen wie Computing-Verteilung und Lastverteilung, hierarchische Vernetzung, Virtualisierungsunterstützung, Application Rightsizing sowie erhöhte Fehlertoleranz und Ausfallsicherheit.

Dabei reduzieren Edge-Server und Fog-Server Latenzprobleme und optimieren die Reaktionsfähigkeit der Anwendungen deutlich, indem sie einen Großteil der Datenverarbeitung, -steuerung und -verwaltung lokaler Anwendungen in direkter Nähe der Geräte oder Sensoren durchführen. Dies ermöglicht zum Beispiel in einer Fabrikhalle die Echtzeitverarbeitung von unternehmenskritischen Daten, die zum Auslösen von Warnungen und Alarmen in vorausschauenden Wartungsanwendungen erforderlich sind, während andere weniger zeitempfindliche Daten zur weiteren Verarbeitung und Analyse an die öffentliche Cloud übertragen werden können. Dies reduziert die Gesamtüberlastung des Netzwerks weiter.

Embedded High Performance Computing für Edge-Technologie - genau dort, wo es gebraucht wird

Mit der zunehmenden Verbreitung von Edge- und Fog-Servern wurde der Bedarf an einer neuen Generation leistungsfähiger Embedded Hochleistungsrechner (eHPC) deutlich. Diese müssen außergewöhnliche Rechenleistung und Bandbreite bereitstellen, um mehrere Anwendungen auf einer Plattform zu steuern und verbinden zu können. Sie müssen außerdem extrem robust sein, um auch rauen und manchmal extremen Betriebsumgebungen standzuhalten, und gleichzeitig die Sicherheit von Edge-basierten Softwareanwendungen gewährleisten.

Eine Lösung für diese Herausforderungen zeichnete sich im letzten Jahr ab. Die PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG), zu der Kontron als langjähriges Mitglied gehört, hat ihren beliebten COM Express-Standard (Revision (3.0)) neu definiert, was zur Einführung von COM Express Type 7 führte. Dies erlaubt die Einrichtung hoch skalierbarer Server-Module, die Multicore-Parallelverarbeitung und ausgezeichnete Netzwerkfunktionen auf einer Plattform vereinen.

Der neue Typ-7-Standard, der von COM Express Type 6 abgeleitet und komplementär ist, eignet sich ideal, die Multicore-Verarbeitungsleistung der neuesten Intel® Xeon®-Prozessoren der D-1500-Familie an SoC-Prozessoren (System-on-Chip) zu maximieren. Die Flexibilität von Multicore ermöglicht es Systementwicklern, mehrere Aufgaben auf einem Single-Board-Computer (SBC) zuzuweisen, wobei jeweils dedizierte Prozessoren verwendet werden, wodurch die Leistung erheblich gesteigert wird. Darüber hinaus ist der modulare Ansatz hoch skalierbar und daher ideal geeignet, um die immer anspruchsvolleren Verarbeitungsanforderungen von Anwendungen für Edge-Rechner zu erfüllen.

Ebenso wichtig ist, dass die Definition von vier 10 GBit-Netzwerkschnittstellen erheblich mehr Platz für die Aufnahme von Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Verbindungen bietet. Zusätzliche acht PCI-Express-Lanes lösen die steigende Nachfrage nach angeschlossenen I/ O-Geräten mit hohem Datendurchsatz. Weitere wichtige Merkmale sind NC-SI-Seitenbandsignale, die die Möglichkeit zur Ferndiagnose und präventiven Wartungsaktivitäten in Kombination mit einem Board Management Controller (BMC) auf der Grundplatine bieten.

Um diese Ergänzungen und Änderungen zu berücksichtigen, wurde die Pinbelegung des Typs 6 teilweise modifiziert, um keine Audio- und Grafikschnittstellen mehr zu unterstützen, da diese in Edge-basierten IIoT-Umgebungen weitgehend entbehrlich sind. Es gibt auch nur vier statt acht USB 2.0 Ports; und nur zwei der vier SATA-Ports sind verblieben.

Kontron bringt COM Express Type 7 eHPC-Familie auf den Markt

Kontron hat aktiv am neusten COM Express Typ 7 Standard mitgewirkt. So hat das Unternehmen schnell auf die IIoT Edge-Anforderungen mit einem neuen leistungsfähigen COM Express Typ 7 eHPC-Modulportfolio (COME-bBD7 und COMe-bDV7) reagiert. Diese bieten einen breiten Funktionsumfang und hohe Skalierbarkeit für die Erfüllung verschiedener Edge-basierter IIoT-Anwendungen. Das COMe Evaluation Carrier T7 Board wurde ebenfalls speziell für die Kontron COM Express Typ 7 Module neu entwickelt.

Diese leistungsstarken eHPC-Lösungen verfügen außerdem über die APPROTECT-Sicherheitslösung von Kontron und sind die branchenweit ersten Edge-Server-COMs, die eine so umfassende On-Board-Sicherheitslösung bieten. Dabei wird der Quellcode einer Softwareanwendung so verschlüsselt, sodass die IP-Adresse jederzeit  geschützt ist und Reverse Engineering nicht möglich ist.

Zusätzlich können die Module über NC-SI (Network Connect Sideband Interface) mit einem externen BMC (Board Management Controller) auf dem Baseboard verbunden werden. Der BMC ermöglicht die Überwachung der COMe Typ 7-Module und unterstützt die Fernansteuerung, um beispielsweise eine vorbeugende Wartung zu ermöglichen.

Mit unseren neuen eHPC COMe-Lösungen freut sich Kontron auf unsere zukünftige Rolle bei der Unterstützung von Systemarchitekten und -designern bei der Überwindung der Hochgeschwindigkeits- und Echtzeit-Verarbeitungsanforderungen des IIoT. Wir bieten die Embedded-Computing-Technologien, die das volle Potenzial jener Edge- und Fog-basierten Anwendungen maximieren.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Produktbereich.

Schauen Sie auch unser aufgezeichnetes Webinar 26. Oktober an 'HIGH PERFORMANCE EDGE COMPUTING MIT COM EXPRESS TYPE 7 MODULE'.