Wydajność? Tak, ale bez kompromisów

Postęp technologiczny przekładający się na coraz większą wydajność komputerów znajduje swój obraz również w komputerach dla przemysłu. Nowe wersje procesorów, chipsetów powoli pojawiają się również w poważniejszych zastosowaniach, jednak charakterystyczną cechą tego procesu jest przykładanie przez producentów komputerów przemysłowych dużej uwagi do kwestii poboru mocy przez procesor i, konsekwentnie, także przez całe urządzenie.

Wiadomo,że nowe procesory się silnie grzeją, a więc wymagają instalacji zaawansowanych systemów chłodzenia. O ile rozproszenie 100W mocy stratz procesora Pentium 4 w temperaturze pokojowej wymaga tylko wentylatora oraz dużego radiatora, o tyle w temperaturze otoczenia +50°C jest to już spory problem.

Dlatego właśnie na rynku przez cały czas można kupić sprzęt wyposażony w starsze procesory, takie jak na przykład Pentium III lub nawet 486, mimo że w zastosowaniach konsumenckich nie ma ich już od wielu lat. Starsze procesory oferują wydajność przetwarzania wystarczającą dla wielu współczesnych aplikacji przemysłowych, a jednocześnie nie wydzielają tyle ciepła co najnowsze układy. Pozwala tona zastosowanie w komputerach chłodzenia pasywnego, realizowanego jedynie za pomocą radiatora.

Cecha „bezwentylatorowości” często pojawia się w materiałach reklamowych i specyfikacjach technicznych producentów, co dowodzi, że jest to ważna cecha wyróżniająca produkty z innych istniejących na rynku. Niewielkie straty mocy pozwalają zamknąć komputer, na przykład wykonany w formiepłytki do użycia w systemach embedded,w całkowicie szczelnej metalowej obudowie i tym samym zapewnić znakomitą odporność całości na narażenia środowiskowe i, co jest równie ważne, zapewnić wysoką kompatybilność elektromagnetyczną produktu, wymaganą do pracy na przykład obok zgrzewarki lub mikrofalowej suszarni do drewna.

Aby uniknąć konieczności stosowania wentylatorów, producenci komputerów korzystają także z procesorów wolniej taktowanych lub lepie jspecjalnych wersji przeznaczonych do aplikacji przenośnych o ograniczonym poborze mocy. Takie procesory wyposaża się w zaawansowane układy zarządzania zasilaniem i oszczędzania energii, dzięki czemu średni pobór mocy może być znacznie ograniczony. W dużym stopniu zależy on od stopnia obciążenia komputera, które zmienia się w czasie i bardzo rzadko osiąga wartości maksymalne.

Trendu utrzymywania na rynku produktów wyposażonych w starsze modele procesorów jest wspierany przez konieczność zapewnienia przez producentów i dostawców wieloletniej dostępności komputerów przemysłowych. Sprzęt kupowany do instalacji przemysłowych jest wykorzystywany przez wiele lat i ewentualna awaria powinna umożliwiać wymianę na taki sam lub, ostatecznie, kompatybilny „w dół” procesor.

Dlatego, mimo że na rynku można kupić wydajne procesory 64-bitowe, w ofertach producentów nadal znajdziemy wersje z procesorem 386SX, które są wyraźnie ukierunkowane do celów utrzymania ruchu. Zapewniają one satysfakcjonującą wydajność – na tyle dużą, że nie trzeba myśleć o ich wymianie z tytułu zużycia moralnego.

Zapewnienie działania komputera w szerokim zakresie temperatur nie jest łatwe, co przekłada się na wyższą cenę gotowego produktu. Można nawet wysnuć tezę, że koszt komputera jest proporcjonalny do oczekiwanej wydajności i zakresu temperatur pracy. Jest to również sygnałem, że decyzja o kupnie takiego lub innego modelu musi być bardzo wyważona i poprzedzona dokładną analizą własnych potrzeb.

Pentium M, czyli wsparcie od producentów

Problem dużych ilości wydzielającego się ciepła nie dotyczy jedynie komputerów przemysłowych, gdyż w takim samym stopniu ujawnia się on w laptopach i innym konsumenckim sprzęcie przenośnym. Coraz większą popularność na rynku zyskują obecnie produkty, w których zastosowano specjalizowane procesory przeznaczone pierwotnie dla laptopów, jak na przykład Pentium Mobile.

Zapewnia on stosunkowo wysoką wydajność przetwarzania danych,umożliwiającą prowadzenie złożonych obliczeń towarzyszących na przykład akwizycji danych w systemach pomiarowych, i jednocześnie nie wymaga stosowania chłodzenia aktywnego. Procesory Intela do zastosowań mobilnych szybko zdobywają rynek przemysłowy, ku zadowoleniu wszystkich producentów komputerów, którzy chętnie korzystają z nich w swoich nowych opracowaniach.

Wymagania dotyczące kompatybilności programowej i sprzętowej z komputerami PC nie pozwalają zwykle producentom (poza systemami Compact PCI) na korzystanie z innych energooszczędnych procesorów znanych z telefonów komórkowych i sprzętu przenośnego, jak na przykład ARM czy Power PC.

Systemy wbudowane

Systemy wbudowane (embedded systems)spotykane są w bardzo wielu dziedzinach życia, a obszar ich zastosowań,wraz z postępem technologicznym, ulega ciągłemu poszerzaniu. Nawet jeśli pominiemy obszar popularnych produktów elektronicznych, z którymi stykamy się każdego dnia w naszych samochodach, biurach i wielu innych miejscach, gdzie wykorzystywana jest „elektroniczna inteligencja”, pozostaje pokaźna liczba aplikacji, do których trafiają komputery przemysłowe.

Kioski informacyjne, systemy sterowania, stosowane w motoryzacji systemy nawigacji i telemetrii, urządzenia wykorzystywane w diagnostyce medycznej, rozwiązania dla telekomunikacji i teleinformatyki oraz specjalizowane roboty i maszyny przemysłowe to najbardziej reprezentatywne przykłady urządzeń z systemami wbudowanymi.

Ze względu na bardzo różnorodne wymagania i funkcje opisywanych systemów nie jest możliwe zbudowanie jednej uniwersalnej platformy sprzętowej dla wszystkich zastosowań. W warunkach krajowych systemy wbudowane cieszą się dużą popularnością i wiele firm tworzy specjalistyczne aplikacje oraz systemy tego typu, które są ukierunkowane na wąsko specjalizowane zadania.

Wąska specjalizacja oznacza niestety, iż różnorodność produktów jest spora, a same serie produkcyjne w takich przypadkach nie są duże Z punktu widzenia technicznego najlepszym rozwiązaniem w takim przypadku okazuje się zastosowanie gotowych platform sprzętowych dla aplikacji wbudowanych i wykorzystanie już opracowanych standardów.

Do najbardziej znanych można zaliczyć systemy typu Compact PCI, PC/104 i SOM. Każdy z powyższych standardów cechu je się innymi parametrami użytkowymi i obszarem zastosowań, jednak w każdym przypadku standardy te dają możliwość uwolnienia się odtworzenia „komputerowej” części aplikacji.

Systemy Compact PCI są wydajne, elastyczne i niezawodne, jednak charakteryzują się wysoką ceną, znacznymi gabarytami i wagą, co czyni je nieprzydatnymi w aplikacjach, gdzie istotne są małe rozmiary i niski koszt systemu. Dlatego w systemach wbudowanych najczęściej wykorzystuje się miniaturowe komputery jedno płytkowe, moduły PC104 lub inne podobne rozwiązania, jak na przykład płytki SOM.

Na bazie własnej i zaprojektowanej pod kątem aplikacji docelowej płyty bazowej zawierającej układy charakterystyczne dla realizowanej aplikacji, umieszcza się gotowy moduł komputera. Taki sposób konstruowania jest obecnie bardzo popularny, ponieważ pozwala skupić się w maksymalnym stopniu na zagadnieniach związanych z własną aplikacją oraz wykorzystać standardowe produkty sprzętowe dostępne na rynku.

Kolejnym ważnym czynnikiem jest oprogramowanie i narzędzia uruchomieniowe, które zapewniają jednoznaczną kompatybilność ze standardami. Ocenia się, że wykorzystanie gotowego, miniaturowego modułu pozwala skrócić czas projektowania i testowania systemu nawet o80%. Jest to bardzo duży współczynnik, który w istotnym stopniu przekłada się na duże zainteresowanie komputerami przemysłowymi przez wiele firm zajmujących się automatyką, elektroniką lub telekomunikacją.