SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Компьютерная визуализация в сложных условиях окружающей среды

В настоящее время в условиях промышленных приложений растет приоритет обработки и визуализации компьютерной графики. Автоматизированный визуальный контроль производственных линий, инфракрасная термография в нефтедобывающей отрасли, обеспечение безопасности на транспорте – это лишь некоторые примеры приложений, для которых качество обработки видеоданных играет ключевую роль, напрямую влияя на эффективность и безопасность. Одной из задач, стоящих перед разработчиками, является совмещение в оборудовании вычислительной мощности, необходимой для эффективной работы с 2D и 3D графикой, и защищенности от неблагоприятных условий окружающей среды. В промышленных условиях наиболее эффективным является безвентиляторное исполнение, ограничивающее потребляемую мощность и предъявляющее дополнительные требования к теплоотводным системам. Потребители также стремятся приобрести оборудование наименьших габаритов и по минимальной цене – вот еще одна задача для разработчиков встраиваемых систем.
Без-имени-1_.jpg
Процессоры третьего поколения семейства Intel Core сочетают в себе эти качества: вычислительную мощность, производительность при обработке графических данных, а также современные технологии энергосбережения, позволяющие построить мощную систему для функционирования в сложных температурных условиях. В данной статье в качестве примера рассматривается безвентиляторный встраиваемый компьютер NISE 3600E от компании Nexcom, предназначенный для создания защищенных компактных систем для приложений, предъявляющих высокие требования к производительности процессора и качеству визуализации графических данных.

Разнообразные приложения визуализации компьютерной графики преследуют одну цель: предоставление человеку-оператору необходимых данных для оптимизации результатов его труда. Автоматизированный визуальный контроль становится неотъемлемым этапом любой индустрии: от производства микросхем до сельского хозяйства. Системы автоматизированного визуального контроля используют одну или несколько камер для выявления дефектов продукции и предоставляют данные оператору; здесь важна как производительность процессора, позволяющая повысить скорость и точность распознавания даже мелких дефектов, так и качество обработки и отображения графических данных в высоком разрешении на нескольких независимых дисплеях, позволяющее операторам оценить результаты проверки и принять необходимые меры.

Подобные задачи встают и при разработке систем инфракрасной термографии (ИК-термографии) для таких приложений, как определение уровня горючего на заводах по переработке нефти, выявление перегревающихся компонентов, а также в области пожарной охраны, строительства, клинической диагностики и т.д. Более мощные процессоры повышают качество и скорость ИК-термографического анализа, проводимого автоматизированной системой, а лучшая и скорейшая обработка и визуализация облегчает мониторинг ситуации операторами; аналогично в системах безопасности на транспорте более мощный процессор быстрее анализирует дорожный трафик, а большее количество поддерживаемых независимых дисплеев для вывода данных позволяет оператору контролировать больше дорог.

Ранее для удовлетворения высоких требований к разрешению дисплея, качеству визуализации и скорости отклика такие системы оснащались отдельными видеокартами, добавление которых в систему неизбежно увеличивало габариты, стоимость, энергопотребление, сложность и в конечном счете вероятность сбоя.

Процессоры третьего поколения семейства Intel Core разработаны для удовлетворения растущих требований промышленных приложений. Встроенный графический ускоритель с поддержкой DirectX 11 показывает при обработке 3D-графики результаты до 60% лучше, чем графический ускоритель процессора предыдущего поколения, исключая необходимость применения дополнительных видеокарт в большинстве систем. Также поддерживается вывод информации на три независимых дисплея.

Вычислительная мощность процессоров нового поколения Intel Core также возросла: процессор Intel Core третьего поколения до 15% быстрее своего предшественника и предназначен для еще более быстрой обработки и анализа видеоданных. Многие его алгоритмы используют технологию Intel Advanced Vector Extensions (Intel AVX), предоставляющую вычисления в 256-битном режиме с плавающей точкой. Обработка потокового видео осуществляется при помощи технологии Intel Quick Sync Video 2.0, выполняющей аппаратное шифрование и дешифрование видеоданных в разрешении 1080p HD. Intel Quick Sync Video 2.0 производит транскдирование видео со скоростью, вдвое большей скорости своего предшественника, значительно снижая вычислительную нагрузку на процессор во время выполнения этой операции.

В дополнение к повышенной производительности встроенного видеоускорителя, возросшая вычислительная мощность нового поколения процессоров Intel Core позволяет разработчикам достигать внушительных результатов при пониженном энергопотреблении, компактных размерах и минимальной стоимости. Примером такой системы служит защищенный компактный компьютер NISE 3600E от Nexcom, поддерживающий одновременный вывод данных на три независимых дисплея через комбинацию интерфейсов DisplayPort, DVI-D и VGA. На передней панели безвентиляторного встраиваемого компьютера NISE 3600E раположены 2 разъема DisplayPort, а на задней панели – разъемы DVI-D и VGA.

Еще одной задачей для разработчиков стало сочетание высокой производительности процессора и жестких рамок температурного диапазона. Промышленная среда диктует необходимость безвентиляторного исполнения систем, что ограничивает тепловыделение и энергопотребление системы и, следовательно, вычислительную мощность процессора и графического ускорителя. В то же время, производительность процессора и видеоускорителя – ключевые характеристики системы компьютерной визуализации. Процессоры Intel Core третьего поколения призваны сгладить это противоречие, при помощи инновационных технологий достигая больших результатов производительности при прежнем уровне энергопотребления. Также производительность процессора варьируется в зависимости от вычислительной нагрузки.

Переход от старых технологических процессов 45нм и 32нм к технологическому процессу 22нм с новыми транзисторами 3D Tri-Gate дает возможность увеличить отношение производительности к энергопотреблению, что дает выигрыш в понижении тепловыделения процессора. При понижении напряжения транзисторы 3D Tri-Gate показывают лучшие результаты производительности, чем транзисторы, применяемые в процессорах предыдущего поколения 32нм: при напряжении 1В разница достигает 18%, а при 0.7В – уже 37%.

Также процессоры третьего поколения Intel Core оптимизированы для максимального приближения производительности к необходимой нагрузке. Технология Intel Turbo Boost Technology 2.0 автоматически запускает работу ядер процессора на более высокой частоте при функционировании при недостаточных мощности, токе или температуре. Эта функция полезна для приложений, не использующих все ядра процессора одновременно: можно отключить неиспользуемые ядра и позволить рабочим ядрам процессора функционировать при повышенной тактовой частоте. Помимо других усовершенствований, версия 2.0 имеет больше Turbo-шагов, позволяя процессору более точно определять необходимую производительность, а также новый режим Low Power Mode, снижающий энергопотребление ниже номинала при помощи таких техник, как установка нерабочего ядра в режим наименьшей частоты.

Комбинация этих технологий позволяет добиться выдающихся характеристик: процессоры Intel Core третьего поколения позволяют наконец уравновесить давнюю дилемму разработчиков встраиваемых систем – выбор между повышением производительности и снижением энергопотребления. Теперь мощность больших стоечных компьютеров доступна в компактном, безвентиляторном исполнении.

Компания Nexcom воспользовалась преимуществами нового семейства процессоров Intel Core третьего поколения, разработав встраиваемый компьютер NISE 3600E, сочетающий в себе компактный корпус (всего 216 x 270 x 93мм), производительность процессора и встроенного графического ускорителя, а также уникальную форму теплоотводных решеток с максимальной площадью поверхности для лучшей циркуляции воздуха и теплоотдачи.

Интерфейсы ввода-вывода с высокой скоростью передачи данных также крайне важны для приложений, интенсивно использующих графические данные. Процессоры третьего поколения Intel Core поддерживают интерфейсы USB 3.0 и PCI Express* (PCIe*) Gen 3, позволяя встраиваемым системам передавать значительные объемы данных с большой скоростью, что приводит к лучшему качеству визуализации данных. Максимальная скорость передачи данных USB 3.0 достигает 5Гбит/с – более, чем 10 раз быстрее, чем интерфейс USB 2.0 (480Мбит/с). Интерфейс PCI Express* Gen 3 также опережает своего предшественника в два раза (1Гбит/с против 500Мбит/с у PCI Express* Gen 2), таким образом, максимальная скорость передачи данных интерфейса PCIe x16 Gen 3 достигает 16Гбит/с в одном направлении. Интерфейс USB 3.0 обратно совместим с USB 2.0, а PCIe* Gen 3 – с предыдущими поколениями PCIe*. Компактный компьютер NISE 3600E имеет четыре порта USB 3.0 и до двух разъемов расширения PCIe Gen 3 x4, позволяющих подключить специализированные платы управления движением, захвата данных и другие, в зависимости от специфики применения. 

Системы визуализации компьютерной графики, функционирующие в сложных промышленных условиях, предъявляют повышенные требования не только к производительности, но и к надежности. Простои, незапланированное техобслуживание и выходы из строя могут иметь далеко идущие последствия. Надежность защищенного компьютера складывается не только из надежности его компонентов, но и из оптимального исполнения, продуманной теплоотводной системы и минимизации количества критических точек. Мощный графический ускоритель процессоров третьего поколения Intel Core снимает необходимость использования дополнительных видеокарт, снижая как цену, так и сложность системы, а совокупность технологий энергосбережения дает контроль над тепловыделением, повышая надежность и безопасность. Интерфейсы ввода-вывода USB 3.0 и PCIe Gen 3 также позволяют снизить опасность «бутылочного горлышка» в ширине канала.

Мощные и энергоэффективные процессоры нового поколения Intel Core открывают новые возможности перед разработчиками встраиваемых систем. Компактные защищенные компьютеры, такие, как NISE 3600E от компании Nexcom, предлагают пользователю выдающиеся возможности по обработке графики и высокую вычислительную мощность процессора, в то же время оптимизируя время выполнения операций, снижая энергопотребление и тепловыделение, не нуждаясь в дополнительной видеокарте, таким образом, в конечном счете минимизируя расходы на установку и поддержание системы.

Компания IPC2U