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惡劣環(huán)境下的可視化處理
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    By Joe Lin, General Manager, Industrial Computing Solutions, NEXCOM
    復雜可視化處理逐步成為許多惡劣工業(yè)應用中不可或缺的一部分。工業(yè)生產(chǎn)線的自動光學檢測(automated optical inspection,AOI),石油煉制行業(yè)的紅外熱成像(infrared thermography,IRT),以及交通安全強化等都是通過圖像和視頻處理提高質(zhì)量,提升效率,加強安全的實例。惡劣環(huán)境下的圖像化處理并非一帆風順。 大多數(shù)應用都屬于資源密集型,并涉及許多2D和3D圖像處理。 惡劣的環(huán)境因素要求無風扇的設計方案,這種設計方案降低了功耗,但同時對系統(tǒng)散熱提出了挑戰(zhàn)。 客戶迫切需要一款低成本的小型系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)設計者正在為此而努力。
    幸運的是,第三代Intel® Core™系列處理器有助于戰(zhàn)勝這些挑戰(zhàn)。本文詳細介紹了這種新型處理器大大增加的圖像、計算以及輸入輸出I/O吞吐能力如何與新的節(jié)能特性完美結(jié)合,從而在苛刻的熱限條件下實現(xiàn)增強的可視化計算。本文還將介紹開發(fā)者如何將緊湊堅固的系統(tǒng)搭載到NEXCOM NISE 3600E中,它是一種最先進的無風扇嵌入式計算機,專為要求高性能,處理大量圖形的應用設計。
    設計挑戰(zhàn):顯卡性能
    可視化計算應用多種多樣,但這類應用都有一個共同點,即幫助操作者獲得更好的計算結(jié)果。例如,AOI的應用范圍廣泛,從印刷電路(printed circuit board,PCB)生產(chǎn)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都不可或缺。 AOI系統(tǒng)采用一個或多個攝像頭,用以掃描產(chǎn)品的缺陷和色差,并將掃描結(jié)果提供給操作者。在這一過程中,處理器和顯卡性能都十分關鍵:高性能的處理器有助于AOI系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)十分微小的缺陷,從而有利于提高生產(chǎn)線的產(chǎn)能。類似的,高分辨率、多顯示輸出端有助于操作者更好的理解檢測結(jié)果,并在必要時迅速采取措施。
    當然,IRT也可以實現(xiàn)上述功能。IRT使用在諸如石油煉制行業(yè)中確定燃油液位或檢測機器部件過熱等應用中(如圖1所示)。 IRT也可應用于消防、建筑及理療診斷領域。 強大的處理器使得IRT系統(tǒng)可以更加自動化地分析任務;更優(yōu)秀的顯卡使操作者可以更輕松地監(jiān)控機器的狀況。在加強交通安全方面,同樣如此。高速處理器支持自動化交通數(shù)據(jù)分析,多顯示系統(tǒng)使操作者可同時監(jiān)控多條道路的路況。
    過去,為了滿足顯示分辨率、質(zhì)量及響應速度等當面的高要求,這些應用通常需要使用獨立顯卡。增加類似的內(nèi)部子系統(tǒng)意味著更大的系統(tǒng)、更高的功耗、成本、復雜性及故障率。
    第三代Intel Core系列處理器搭載了更強大的集成顯卡,在一定程度上解決了上述問題。 3D顯卡較上一代顯卡在性能上提上了近60%。這樣很多應用將不再需要成品顯卡。新型的DirectX 11支持能力同樣從整體上帶來更佳的3D體驗。處理器可同時支持多達三個獨立顯示器,進一步減少了外接顯卡的需求。
    在處理性能方面也有了重大的提升。 第三代Intel Core處理器較上一代在運行速度方面提升了15%,實現(xiàn)了更快、更復雜的圖像和視頻數(shù)據(jù)分析。 很多算法都得益于Intel®高級矢量擴展指令集(Intel® Advanced Vector Extensions,Intel® AVX),可提供256位浮點數(shù)據(jù)處理。   Intel® Quick Sync Video 2.0增強了視頻流數(shù)據(jù)及存儲能力,可以執(zhí)行硬件編解碼,輕松實現(xiàn)全屏1080p高清視頻和高分辨率攝像率的集成。 除此之外,Intel Quick Sync Video 2.0實現(xiàn)了視頻編碼轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換速度為上一代的2倍,極大降低了處理器在編碼轉(zhuǎn)換過程中的負載。
    顯卡升級后,處理器性能提升有助于開發(fā)者在最小化系統(tǒng)功耗、大小以及成本的前提下,開發(fā)出前沿特性。開發(fā)者可以將顯卡升級充分應用到如NEXCOM NISE 3600E等堅固型計算機中。 例如,通過結(jié)合DisplayPort、DVI-D及VGA接口(圖2),NEXCOM NISE 3600E內(nèi)部可支持三個獨立的顯顯示器。
    設計挑戰(zhàn):CPU性能VS熱限制
    惡劣環(huán)境要求要求無風扇設計方案,這種設計方案降低了功耗, 但同時使得性能大打折扣。這是圖形化處理面臨的挑戰(zhàn)。面對這樣的挑戰(zhàn),就需要更強大的處理器和顯卡性能。 通過智能化的設計革新和創(chuàng)新,第三代Intel Core處理器滿足了這些相互沖突的要求,在相同的功耗水平下,提供了更高的性能。 并且,將此性能擴展到的更廣闊的應用負載范圍。 這一切究竟如何達到?它又給嵌入式系統(tǒng)帶來哪些有益之處呢?
    首先,從制造工藝上來看,較老的45納米及32納米到現(xiàn)在的22納米且擁有全新的3D三柵極晶體管的演進,降低了漏電流和工作電壓、提高了晶體管的開關切換速度,從而實現(xiàn)了更為卓越的每瓦性能。這意味著在同一性能水平的前提下,實現(xiàn)了更低的功耗和熱量,或者在同一功耗水平下,實現(xiàn)了更高的性能。 有趣的是,與32納米平面晶體管相比,在低電壓下,3D三柵極晶體管的性能增益更高(1.0V下增加了18%;0.7V下增加了37%)。
    其次,第三代Intel Core處理器優(yōu)化了設計,可以提供功耗和性能的最優(yōu)匹配。處理器運行在功耗、電流計溫度限制以下時,Intel®智能加速技術2.0(Intel® Turbo Boost Technology 2.0)允許處理器自動超頻。 該特性對于不會占用所有處理器內(nèi)核的應用尤其有用。在這樣的應用中,沒有使用的內(nèi)核可以關閉,使得正在使用的內(nèi)核超頻運行(如圖3所示)。 其他的升級中,該特性的2.0版本定義了更多的加速方法,允許處理器更加密切的跟蹤可用功率預算。 其他的性能升級包括:新推出的低功耗模式,這一模式通過如為最低頻率模式引入空閑內(nèi)核等技術,降低了標量TDP以下的活動功耗。
    結(jié)合這一技術,實現(xiàn)了更加強大的性能,就像汽車上使用的渦輪發(fā)動機技術。 它尺寸小,油耗低,速度快。同樣的道理,Intel的第三代Intel Core處理器為從臃腫的機架式到無風扇的小型系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中的嵌入式計算提供了幫助。嵌入式計算曾長期受制于性能與功耗的權衡。
    NEXCOM利用了這些新特性,在高度緊湊的系統(tǒng)下(寬216mm×深270mm×高93mm,10.6”×8.5”×3.65”)實現(xiàn)了高性能的圖像化處理。 NISE 3600E機框設置有獨特的波浪形散熱器,增加了空氣流動和散熱面積,相比傳統(tǒng)的無風扇設計(如圖4所示)提升了整體性能。
    設計挑戰(zhàn):I/O帶寬
    高性能I/O對于圖形密集應用同樣關鍵。本地USB3.0和PCI擴展接口(PCIe)Gen 3支持引入的第三代Intel Core系列處理器(如圖5所示),使嵌入式系統(tǒng)可處理高數(shù)據(jù)負載,提供更快,更豐富,更復雜的視覺效果。
    這些帶寬方面的改進并非僅是增量的。 USB3.0最大傳輸速率可達到5Gbps—向后兼容USB2.0—這一速率是USB2.0(480Mpbs)的10倍之多,大大降低了傳輸時間和功耗。 PCIe Gen3向后兼容現(xiàn)有PCIe,每通道的帶寬是PCIe* Gen 2的兩倍(1Gbps VS 500Mpbs), 這意味著單獨一個三代的16槽位PCIe上下行均可以達到16Gbps的傳輸速率。
    NEXCOM NISE 3600E利用了增強型的I/O,提供多達4個本地USB3.0接口和多達2個PCIe Gen3×4擴展端口。 這些擴展選項對于高速計算機和工廠自動化應用十分有益,可實現(xiàn)指定運動控制、數(shù)據(jù)捕獲及其他行業(yè)相關的成品卡和外圍設備的輕松集成。
    第三代Intel® Core™系列處理器:可靠的性能
    在惡劣環(huán)境下,停機和突發(fā)性修復均可導致難以預料的后果,因此性能和可靠性對于可視化計算都很重要。堅固系統(tǒng)的可靠性不僅要求良好的設計和行業(yè)內(nèi)高質(zhì)量部件,而且需要最佳的熱管理方案以及最低的故障率。 第三代Intel Core處理器擁有更快速的集成顯卡,獨立顯卡已不再需要了,這樣就降低了成本和實現(xiàn)復雜度。其增強的節(jié)能特性使得設計者可以控制熱生成,提供了安全高效的性能。 本地USB3.0及PCIe Gen2消除了帶寬瓶頸。
    使用第三代Intel Core系列處理器,工業(yè)嵌入式計算機,如NEXCOM NISE 3600E可以提供卓越的可視化計算性能及能力;同時最大化正常運行時間,最小化功耗及熱生成,從而加固之前獨立的硬件并降低系統(tǒng)的整體成本和功耗。
    NEXCOM International Co., Ltd.是Intel®智能系統(tǒng)聯(lián)盟(Intel® Intelligent Systems Alliance)的準會員之一。 NEXCOM成立于1990年,總部位于臺北,致力于成為您可信賴的數(shù)字化架構合作伙伴。 NEXCOM提供創(chuàng)新、多功能的工業(yè)計算機方案,以及安全監(jiān)控應用,產(chǎn)品廣泛應用于工業(yè)領先技術、本地化客戶支持及全球物流服務領域。

 

狀 態(tài): 離線

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公司名稱: 北京新漢電腦有限公司
聯(lián) 系 人: 新漢(中國)有限公司
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