エッジコンピューティングに必要な 6 つのコンピュータハードウェア要件

IoT および IIoT デバイスの数が増え続けるにつれて、それらが生成するデータの量と速度も増加します。増え続けるデータ量に対処するために、クラウドやデータセンターにかかる負担を軽減するコンピューティング エッジが導入されています。では、エッジ コンピューティングのコンピューター ハードウェア要件は何でしょうか?

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堅牢なエッジ コンピューターとは何ですか?

堅牢なエッジ コンピュータは、不安定な環境での展開に耐えられるように設計および構築された産業グレードの堅牢なコンピュータです。堅牢な機能とデザインにより高い耐久性を実現しています。外部ハウジングから内部コンポーネントに至るまで、すべてがテストされ、最も不安定な環境でも確実に動作することが検証されています。

エッジ コンピューティング ハードウェアは、堅牢でコンパクト、十分なストレージ、豊富な接続オプション、幅広い電力範囲を備え、実行するタスクのパフォーマンス要件を満たす必要があります。エッジ コンピューターは、信頼性が高く最適に動作する必要がある過酷な環境に導入されることが多いため、これらの要件を満たす必要があります。たとえば、エッジ コンピューターを石油生産現場に導入する場合、極度の熱、ほこり、破片への暴露に耐えられる必要があります。ここでは、エッジ コンピューティングのハードウェア要件について詳しく説明します。

1. エッジコンピュータは堅牢でファンレスでなければならない

エッジ コンピューティング ハードウェアは、頻繁な衝撃、振動、ほこり、破片、さらには極端な温度にさらされる不安定な環境での展開に耐えられるほど頑丈でなければなりません。頑丈なエッジ コンピューターの主な特徴は、ファンレス設計です。ファンレス設計により、通気口のあるオープン冷却システムが不要になり、エッジ コンピューティング ハードウェア メーカーは完全に密閉されたシステムを作成できます。クローズド システムにより、ほこり、汚れ、破片がシステムに入り込み、繊細な内部コンポーネントを損傷する可能性がなくなります。

さらに、エッジ コンピューターで使用されるファンレス設計と広範囲温度コンポーネントにより、極度の低温や高温にも耐えることができます。実際、システムは非常に頑丈で、-40⁰C から 85⁰C までの広い温度範囲に対応します。これは、従来のデスクトップ コンピューターは 5 ⁰ C から 40 ⁰ C までの範囲の温度にしか耐えられないため、一般的なデスクトップ コンピューターを導入できる環境が大幅に制限されるためです。

頑丈なエッジ コンピューターは、極端な温度に対応するだけでなく、システムからすべてのケーブルを取り除いたケーブルフリー設計を採用することで、頻繁な衝撃や振動にも対応できます。ケーブルを取り外すと、ケーブルが緩んでシステムが動作不能になる可能性がなくなります。

さらに、エッジ コンピューティング ハードウェアからファンが削除されました。これは、多くの電子機器やコンピューターにおいてファンが故障しやすい箇所であるためです。したがって、それらを排除することで、システムの信頼性と耐久性が向上し、ファンの故障や障害によって企業や組織が直面する可能性のあるダウンタイムが排除されます。

最終的には、エッジ コンピューティング ハードウェアを世界中のどこにでも展開できるようになり、最も変化に富んだ環境要素を処理しながら、最適で信頼性の高いコンピューティング能力を提供できるようになります。

2. エッジコンピュータには十分に堅牢なストレージが搭載されている必要がある

エッジ コンピュータは通常、IIoT デバイスから収集された大量のデータを収集、処理、分析するためにエッジに展開されます。このようなエッジ コンピュータには、データをすばやく保存してアクセスするための十分な量のストレージ スペースが装備されている必要があります。

エッジ コンピューティング ソリューションは、ソリッド ステート ドライブ (SSD) またはハード ディスク ドライブ (HDD) を使用して構成できます。エンタープライズ グレードの SSD 1 台でテラバイト単位のデータを保存でき、ハード ドライブよりもはるかに高速にデータを転送できます。

SSD は高速データ ストレージを提供するだけでなく、回転金属プラッターにデータを保存するハード ドライブとは異なり、NAND チップにデータを保存するため、エッジ コンピューティング ソリューションの堅牢性が向上します。シリコン チップは、回転する金属プラッターよりも衝撃や振動への耐性に優れています。ただし、大量のデータ ストレージを必要とする組織の場合は、追加のストレージとしてハード ドライブを追加できます。

3. 堅牢なエッジコンピュータには豊富なI/Oが必要

堅牢なエッジ PC には、工場の新旧両方の機械、設備、デバイスに接続する必要があることが多いため、豊富な I/O ポートが搭載されています。たとえば、エッジ コンピュータには通常、USB ポート、COM ポート、イーサネット ポート (RJ45/M12)、および汎用 I/O ポートなどの I/O ポートが装備されています。汎用 I/O (GPIO) ポートは、USB ポートや従来のシリアル ポートなどの共通インターフェイスを持たない多数の周辺機器、センサー、デバイスに対応できるため、エッジ コンピューターに搭載されています。

GPIO ポートに接続できるデバイスには、センサー、サイレン、モーション検出器、生産ライン コントローラーなどがあります。最終的に、GPIO ポートにより、エッジ コンピューティング ハードウェアは、デバイスの古さに関係なく他のデバイスに接続できるようになります。デバイスまたはセンサーが機能している限り、それをエッジ コンピューティング ソリューションに接続できます。

4. エッジコンピューティングハードウェアは幅広い電力範囲を備えている必要がある

エッジ コンピューティング ハードウェアは、さまざまな電源入力に依存する環境に導入されることがよくあります。そのため、9～50 VDC の広い電力範囲を備えており、さまざまな電源入力方式と互換性があります。さらに、エッジ コンピュータには、システムを電気的損傷から保護するための複数の電源保護機能が備わっています。これらの電源保護機能には、過電圧保護、逆極性保護、サージ保護が含まれます。

5. エッジコンピュータは安全でなければならない

エッジ コンピューティング デバイスは、監視されていないリモート環境に導入されることが多いため、安全でなければなりません。幸いなことに、エッジ コンピューティング デバイスには Trusted Platform Module (TPM) 2.0 が搭載されています。テクノロジ暗号化プロセッサを利用する TPM 2.0 は、統合された暗号化キーを通じてハードウェアを保護することで、エッジ コンピューターの改ざん防止を実現します。 TPM 2.0 は、ブルートフォース攻撃やハードウェア盗難からシステムを保護します。

6. エッジコンピュータはリアルタイム処理のためのパフォーマンスアクセラレータをサポートする必要がある

エッジ コンピューターは、エッジでのデータの収集、保存、処理、分析に適しています。ただし、特定の複雑な産業ワークロードの場合、エッジ コンピューターにパフォーマンス アクセラレーターを装備して、リアルタイムの処理決定を行う必要があります。新しいコンピューティングおよびストレージ設計により、パフォーマンスが可能な限りデータに近づきます。より多くの処理能力がエッジに移行するにつれて、エッジ コンピューティング ソリューションで使用される最も人気のあるパフォーマンス アクセラレータのいくつかを紹介します。 PCIe アーキテクチャ上のこれらのアドオン ハードウェア ソリューションは、リアルタイム処理パフォーマンスを必要とする特定のエッジ コンピューティング ワークロードに付加価値を提供します。

マルチコア CPU: マルチコアのシーケンシャル処理により、プロセッサは複数のコアを使用してデータを処理できます。各コアは個別の処理デバイスとして機能するため、複数のタスクを同時に実行できます (同時に複数のタスクを実行できます)。 CPU のコア数が多いほど、複数のプロセスを同時に処理できるため、システムのパフォーマンスが向上します。

GPU: ワークロードがネットワークのエッジ近くで実行されることが増えるにつれて、アクセラレータの役割はますます重要になります。データセンターとクラウド。エッジに導入されたパフォーマンス アクセラレータは、エッジ PC がデータ生成元の近くに導入されるため、低遅延でミッション クリティカルなデータをリアルタイムに処理できます。 GPU は豊富なコアセットを使用するため、リアルタイム処理や推論分析に非常に効果的です。並列 CPU と比較した場合。

VPU: Vision Processing Unit は、マシン ビジョン アルゴリズムを高速化できるパフォーマンス アクセラレータです。これは、VPU が GPU よりも少ない電力で、マシンビジョン、機械学習、人工知能、顔認識、ハイエンドの画像処理に特化して最適化されているためです。このため、VPU は、発熱量と消費電力が非常に少ないコンポーネントを必要とするファンレス コンピューターに最適です。全体的に、VPU は消費電力と熱フットプリントが低いため、当社の堅牢なエッジ コンピューティング ソリューションに最適です。

FPGA: フィールド プログラマブル ゲート アレイ (FPGA) は、特定のワークロードに合わせて組み込みシステムを最適化するために使用されるパフォーマンス アクセラレータです。 FPGA は、推論分析、人工知能、機械学習のための大量データの分析などのワークロードを高速化できます。場合によっては、ハイエンド FPGA は GPU よりも少ない電力と少ない発熱で、特定のタスクの実行において GPU を上回るパフォーマンスを発揮できます。

NVMe コンピューティング ストレージ: NVMe コンピューティング ストレージ デバイスは、ドライブ自体でローカルにデータの保存と処理を実行することで、エッジでのコンピューティングの展開を可能にします。これは、ドライブ上でローカルにデータを処理することによって行われます。従来、コンピューターはストレージ デバイスからデータを要求し、それを CPU に返すことでデータを処理します。ストレージ ドライブ自体で操作を実行し、ドライブ自体でデータを処理、保存、処理する機能が必要です。これにより、データを処理のためにドライブから出したり、従来の CPU データ ブロックに戻したりする必要がなくなり、ミッション クリティカルな処理の瞬間の遅延がさらに軽減されます。