Robuste Plattformen für anspruchsvolle Anwendungen wie Verteidigung, Bergbau, Land- und Forstwirtschaft und Bauwesen waren in der Vergangenheit durch die begrenzten Betriebstemperaturbereiche von Hochleistungsprozessoren und anderen wichtigen Systemkomponenten eingeschränkt. Diese Anwendungen erfordern in der Regel Betriebstemperaturen im Bereich von -40 °C bis 70 °C Umgebungstemperatur (und damit noch höhere Sperrschichttemperaturen), und die leistungsstärksten und wünschenswertesten Prozessoren wurden in diesen Betriebstemperaturbereichen in der Regel einfach nicht angeboten.
Das neue NVIDIA Jetson AGX Orin Industrial System-on-Module (SOM) öffnet die Tür zu neuen Herausforderungen robust einsetzbar Deep-Learning- und Streaming-I/O-Plattformen.
Während die oberen Temperaturbereiche aufgrund der Notwendigkeit, die Wärme aus den Komponenten abzuleiten, tendenziell die meiste Aufmerksamkeit auf sich ziehen, ist es ironischerweise die Anforderung im unteren Bereich von -40 °C, die oft die größten Herausforderungen darstellt. Elektrische Komponenten reagieren unvorhersehbar, wenn sie nach einer langen Kaltphase bei -40 °C in Betrieb genommen werden. Oft stören sie die für die Stromversorgung vorgesehene Sequenzierung und starten einfach nicht richtig. Dies kann durch die Einführung von Vorwärmmechanismen behoben werden, aber das erfordert Zeit, Energie und zusätzliche Komponenten, die die Kosten in die Höhe treiben. Es ist viel besser, bei diesen niedrigen Temperaturen auf einen zuverlässigen Kaltstart zu achten.
Das neue Jetson AGX Orin Industrial SOM bietet eine beeindruckende Kontrolle über den Stromverbrauch (und damit die erzeugte Wärme), indem es Einstellungen für drei Leistungsbudgets bietet — 15 W, 35 W, 60 W bis zu einem Maximum von 75 W. Wenn für eine Anwendung keine 100-prozentige Auslastung des Prozessors erforderlich ist, um ihre Verarbeitungsanforderungen zu erfüllen, kann der Entwickler das industrietaugliche Modul auf ein niedrigeres Leistungsbudget einstellen, um die Gesamtwärmebelastung eines einsatzbereiten Systems zu reduzieren. Dies kann den Unterschied zwischen der Notwendigkeit eines aktiven Kühlkits (d. h. Lüfter) und der Möglichkeit, sich auf eine passive, lüfterlose Konvektionskühlung verlassen zu können, ausmachen.
Von den oben genannten Anwendungen waren Verteidigungsanwendungen traditionell führend bei der Entwicklung robuster Systeme. Verschiedene Normen wie MIL-STD-810 definieren sowohl die Umweltanforderungen, unter denen elektronische Komponenten zuverlässig funktionieren müssen, als auch die Testmethoden, die erforderlich sind, um zu überprüfen, ob die Komponenten die Anforderungen tatsächlich erfüllen.
Zusätzlich zu den Temperaturbereichen müssen robuste Systeme extremen Vibrationen und Stößen, Feuchtigkeit, Regen und Vereisung, wehenden Sand und Staub, elektrostatischer Entladung (ESD) und dem Kontakt mit flüssigen Verunreinigungen wie Kraftstoff, Hydraulikflüssigkeit und sogar etwas so Alltäglichem (aber überraschend schädlichem) wie Kaffee oder Limonade standhalten. Angesichts der zunehmenden KI-gestützten Automatisierung in robusten Anwendungen, die nicht zur Verteidigung gehören, ist es naheliegend, sich an einsatzfähige Verteidigungsplattformen zu wenden, um Anleitungen zur Robustheit für diese ähnlich anspruchsvollen, nicht verteidigungsbezogenen Anwendungen zu erhalten.
Elma Electronic hat diesen Ansatz mit unserem neuesten robusten integrierten System verfolgt, dem Jetsys 5330. Wir haben jahrelange Erfahrung in der Gestaltung genutzt robust einsetzbar KI-/Embedded-Computersysteme, um sicherzustellen, dass die robuste Plattform auch in den anspruchsvollsten Situationen zuverlässig funktioniert. Schauen wir uns einige Beispiele an, in denen dies wichtig sein kann:
- Betriebstemperaturen: Es liegt auf der Hand, dass Anwendungen wie Bergbau, Landwirtschaft, Bauwesen und Forstwirtschaft (in diesem Artikel als MACF bezeichnet) den Betrieb in einem weiten Temperaturbereich erfordern. Mitten im Winter können MACF-Fahrzeuge im Norden Kanadas Temperaturen von bis zu -40 °C ausgesetzt sein, während elektronische Systeme in Bergbaufahrzeugen in Australien oder Zentralafrika einer Umgebungstemperatur von 45 °C und der zusätzlichen vom Fahrzeug erzeugten Wärme standhalten müssen. Der Jetson AGX Orin Industrial unterstützt Temperaturen von -40 °C bis 85 °C an der TTP-Oberfläche.
- Schock und Vibration: MACF-Plattformen leben im Allgemeinen unter einer ständigen Flut von Vibrationen und Stößen.
- Feuchtigkeit, Regen, Vereisung, Sand und Staub sowie andere flüssige Verunreinigungen: Der Ingress Protection Code (oder IP-Code) ist der allgemein anerkannte Ansatz, um zu definieren (und zu überprüfen), welcher Art von Fremdkörpern ein elektronisches System zuverlässig widerstehen kann. MACF-Systeme arbeiten im Allgemeinen in Umgebungen, in denen ein Schutz bis zu IP67 erforderlich ist (kein Eindringen von Staub und vollständiges Eintauchen in 1 m tiefes Wasser für 30 Minuten). Zusätzliche Tests auf flüssige Verunreinigungen sind häufig eine betriebliche Anforderung. Es ist zwar möglich, empfindliche Computersysteme zu schützen, indem sie in umweltfreundlichen Schränken untergebracht werden, aber die Freiheit, ein System überall dort aufzustellen, wo es benötigt wird, ohne sich Gedanken über den Kontakt mit Umweltschadstoffen machen zu müssen, ist ein wichtiges Merkmal.
- ESD: MACF-Systeme werden in staubigen Umgebungen und in der Nähe von menschlichen Bedienern betrieben, wodurch empfindliche elektronische Systeme häufig ESD-Ereignissen ausgesetzt sind. Daher müssen fortschrittliche KI-/Streaming-Videosysteme gegenüber ESD-Ereignissen tolerant sein.
Um die beispiellosen, eingebetteten KI- und Streaming-Vision-Verarbeitungsfunktionen des AGX Orin für umweltbelastende MACF-Anwendungen zuverlässig nutzen zu können, sollten Systemintegratoren und Fahrzeughersteller Lieferanten mit Erfahrung in Bezug auf einsatzfähige Verteidigungscomputersysteme in Betracht ziehen. Elmas Jetsys 5330, stellt mit seinem NVIDIA Jetson AGX Orin Industrial SOM eine überzeugende KI- und Bildverarbeitungslösung für viele autonome MACF-Fahrzeuge oder betriebliche Automatisierungsanwendungen vor.
Weitere Informationen zum JetSys-5330 finden Sie auf der Produktseite.
NVIDIA, Jetson und Orin sind alle Marken der NVIDIA Corporation
FAQs
KI wird in industriellen Umgebungen eingesetzt, um komplexe Daten von Sensoren, Kameras und Steuerungssystemen direkt am Netzwerkrand zu verarbeiten. So können Entscheidungen in Echtzeit für vorausschauende Wartung, Qualitätsprüfung, Anomalieerkennung, Robotiksteuerung und adaptive Automatisierung getroffen werden.
Zu den wichtigsten Herausforderungen gehören Leistungsbeschränkungen, Wärmeableitung, raue Umgebungsbedingungen (Temperatur, Staub, Vibration), begrenzter Platz und die Sicherstellung einer zuverlässigen Leistung trotz dieser Stressfaktoren. Industrielle KI-Systeme müssen so konzipiert sein, dass sie diese Einschränkungen bewältigen und gleichzeitig Verfügbarkeit und Genauigkeit gewährleisten.
Edge AI ermöglicht es Systemen, Daten lokal — in der Nähe des Ortes, an dem sie generiert wurden — zu analysieren. Dadurch wird die Latenz reduziert, die Abhängigkeit von der Netzwerkkonnektivität verringert, der Datenschutz verbessert und schnellere Reaktionen auf kritische Ereignisse ermöglicht. Diese Vorteile sind für betriebskritische und sicherheitskritische industrielle Abläufe unerlässlich.
Industrielle KI-Systeme verwenden häufig leistungsstarke CPUs, GPUs, FPGAs und dedizierte KI-Beschleuniger auf robusten Embedded-Boards, die für den Betrieb in extremen Umgebungen konzipiert sind. Diese Komponenten liefern die Rechenleistung, die für komplexe Aufgaben im Bereich maschinelles Lernen und neuronale Netzwerke erforderlich ist.
Leistungsstarke KI-Prozessoren erzeugen erhebliche Wärme. Ohne ein effektives Wärmemanagement — wie Konduktionskühlung, Durchlüftungskonstruktionen oder fortschrittliche Kühlkörperstrategien — können sich die Leistung und Zuverlässigkeit des Systems verschlechtern, insbesondere in engen, robusten Gehäusen.
