Khả năng thu thập và phân tích dữ liệu cục bộ ở biên đã tạo ra vô số cơ hội đổi mới. Từ việc di chuyển xử lý dữ liệu từ đám mây sang biên đang thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị IoT, IIoT và AioT đáp ứng các yêu cầu ra quyết định theo thời gian thực, truyền dữ liệu có độ trễ thấp và tốc độ xử lý tổng thể nhanh hơn.

Bằng cách tính toán dữ liệu ở biên, các thiết bị IoT là một lựa chọn tuyệt vời để triển khai từ xa. Triển khai hệ thống từ xa đồng nghĩa với việc các thiết bị phải có khả năng hoạt động trong các điều kiện thử thách như nhiệt độ khắc nghiệt, va đập đột ngột, rung sốc liên tục và tiếp xúc bụi ẩm, nói chung là điều kiện không được kiểm soát như văn phòng, trong nhà... Từ các điều kiện môi trường đầy thách thức mà chúng tôi vừa đề cập, việc tiếp xúc với nhiệt độ khắc nghiệt là một trong những yếu tố quan trọng nhất cần giải quyết đối với các thiết bị điện toán biên để đảm bảo hiệu suất mượt mà và khả năng hoạt động liên tục trong môi trường đầy thách thức. Do đó, bài viết dưới đây sẽ thảo luận về khả năng chịu nhiệt độ khắc nghiệt mà máy tính nhúng được trang bị.

Hiểu được nguồn nhiệt của máy tính có lợi cho việc tạo ra các giải pháp IoT một cách chiến lược và giải quyết các vấn đề về nhiệt có thể làm giảm hiệu suất máy tính hoặc làm hỏng các bộ phận bên trong máy tính.

Điều cực kỳ quan trọng đối với các thiết bị Edge Computer là phải được thiết kế cẩn thận để chịu được nhiều nhiệt độ khắc nghiệt. Điều này là do các ứng dụng biên có thể gặp phải nhiều thách thức về nhiệt trong môi trường khắc nghiệt và các nguồn bên trong khi xử lý khối lượng công việc nặng.

Nguồn nhiệt bên ngoài

Không lâu nữa, các máy tính và thiết bị IoT sẽ có mặt trên khắp thế giới từ các thành phố đến vùng sâu vùng xa thực hiện các tác vụ và phân tích dữ liệu phân tán từ các thiết bị và cảm biến trên nhiều nền tảng khác nhau. Những tiến bộ nhanh chóng của các công nghệ điện toán tiên tiến đã dẫn đến việc triển khai ở các địa điểm xa xôi với điều kiện môi trường khắc nghiệt. Những địa điểm xa xôi thường trải qua nhiệt độ khắc nghiệt, bao gồm nhiệt độ cực nóng, cực lạnh, ẩm ướt.

Ví dụ, nhiệt độ môi trường trong ngành dầu khí có thể rất nóng và lạnh trong suốt cả năm. Vào mùa hè, các gian khoan dầu trên gần vịnh Mexico hoạt động trong nền nhiệt từ 40℃ đến 50℃. Các nhân viên làm việc xung quanh giàn khoan dầu được yêu cầu mặc quần áo bảo hộ đặc biệt để ngăn ngừa đột quỵ do nhiệt quá cao. Vì vậy, môi trường này quá nóng đối với các máy tính để bàn tiêu chuẩn. Các giàn khoan dầu cũng có thể được đặt trong một môi trường cực kỳ lạnh giá như ở Bắc Cực. Do đó, khi triển khai PC, bạn nên triển khai một máy tính cấp công nghiệp có khả năng xử lý khi tiếp xúc với nhiệt độ biến động.

Máy tính để bàn thương mại có thể nhanh chóng bị hỏng khi tiếp xúc với những môi trường khắc nghiệt này, do đó, máy tính nhúng cấp công nghiệp được sử dụng trong các ngành này để chịu được môi trường khắc nghiệt. Điều đó nói rằng, PC nhúng công nghiệp được triển khai trong nhiều ngành khác nhau, bao gồm ngành khai thác mỏ, phương tiện tự hành, quản lý chăn nuôi, vận chuyển ngoài khơi và nhiều ngành/ứng dụng khác, những nơi yêu cầu khả năng chịu nhiệt độ khắc nghiệt.

Vì vậy, hãy cùng tìm hiểu nhiệt với PC nhúng công nghiệp qua các yếu tố dưới đây:

Nguồn nhiệt bên trong PC công nghiệp

Một nguồn nhiệt khác ảnh hưởng đến máy tính nhúng chính là nhiệt thải được tạo ra từ các hệ thống bên trong PC, bao gồm các thành phần như CPU, GPU, SSD, RAM, bộ nguồn... Về cơ bản, nhiệt được tạo ra từ bộ xử lý để quản lý hành vi của các điện tử di chuyển xung quanh trong hệ thống. Khối lượng công việc và nhiệt thải ra có mối quan hệ tỷ lệ thuận, hệ thống càng thực hiện nhiều khối lượng công việc, các chip càng hoạt động tích cực, và do đó nhiệt được tạo ra và giữ lại bên trong hệ thống nhiều hơn.

CPU và GPU là hai thành phần tạo ra nhiều nhiệt nhất bên trong hệ thống. Do đó, hầu hết các nhà sản xuất hệ thống máy tính đều tập trung vào việc làm mát CPU và GPU, GPU thậm chí còn có hệ thống tản nhiệt riêng. Điện toán biên đang triển khai AI, học máy và học sâu ngày cành nhiều, điều này có thể gây ra khối lượng công việc nặng hơn và dẫn đến lãng phí nhiệt nhiều hơn cho toàn bộ hệ thống. Do đó, điều quan trọng là phải tập trung vào cách tản nhiệt của các thành phần này khi thiết kế kiến trúc làm mát.

Điều gì khác bạn nên biết về nhiệt đối với hệ thống nhúng?

Yếu tố 3T

3T bao gồm: TDP, T-Junction và Thermal Throttling. TDP là viết tắt của công suất thiết kế nhiệt, về cơ bản nó là lượng nhiệt lớn nhất mà bộ xử lý có thể tạo ra khi chạy các ứng dụng thực tế mà không vượt qua giới hạn nhiệt của thiết bị. TDP được đo bằng Watts, nó cho biết bộ xử lý sử dụng bao nhiêu năng lượng và năng lượng hấp thụ càng nhiều thì càng thải ra nhiều nhiệt. Và đối với Max T-Junction, đó là nhiệt độ cao nhất mà CPU có thể đạt được trước khi bắt đầu giảm công suất và van điều tiết nhiệt để hạ nhiệt và duy trì trong phạm vi hoạt động bình thường. Việc đạt đến điểm nhiệt cao có thể gây ra hiện tượng điều chỉnh nhiệt, làm giảm hiệu suất do bộ xử lý cố gắng giảm thiểu tình trạng quá nhiệt bằng cách giảm tần suất xử lý. Đây là những tài liệu tham khảo tuyệt vời để thiết kế và lập kế hoạch kiến trúc làm mát của hệ thống.

Điều gì xảy ra khi máy tính quá lạnh hoặc quá nóng?

Đối với máy tính để bàn tiêu chuẩn, phạm vi hoạt động lý tưởng thường là khoảng 10℃ đến 27℃ và phạm vi nhiệt độ mức cảnh báo là khoảng 1,7℃ đến 32,2℃. Vượt quá phạm vi cảnh báo này, các máy tính để bàn thương mại rất dễ bị lỗi. Khi trời quá lạnh, các đặc tính vật lý của máy tính có thể bị uốn cong và có nguy cơ đoản mạch do ngưng tụ nước và có thể gây ra thiệt hại lớn hơn khi so sánh với quá nhiệt. Ngoài ra, khi hệ thống vượt qua phạm vi nhiệt cảnh báo, các bộ phận bên trong bắt đầu điều chỉnh nhiệt và hệ thống có thể trở nên quá nóng, làm giảm đáng kể tuổi thọ của sản phẩm và gây ra thời gian ngừng hoạt động trong quá trình triển khai.

Ngược lại, các máy tính công nghiệp có khả năng chịu được nhiều loại nhiệt độ khắc nghiệt khác nhau, từ nhiệt độ lạnh cóng xuống thấp âm độ C, cho đến việc triển khai nóng như thiêu đốt vào môi trường mùa hè như ở các mỏ khai thác dầu xa xôi. Việc có một dải nhiệt độ hoạt động rộng với phạm vi cực lớn làm cho PC cấp công nghiệp trở thành giải pháp lý tưởng cho các máy tính có độ bền cao. 

Tìm hiểu chi tiết đằng sau một máy tính công nghiệp bền bỉ

Làm thế nào để PC công nghiệp luôn mát mẻ? (Thiết kế không quạt & làm mát thụ động)

Máy tính nhúng công nghiệp thường được ưu tiên thiết kế dạng không quạt. Thiết kế không quạt hoặc phương pháp làm mát thụ động mang lại nhiều lợi ích khác nhau so với việc sử dụng quạt để làm mát. Không quạt chỉ đơn giản là máy tính tản nhiệt được tạo ra bởi bộ vi xử lý bên trong và các thành phần khác mà không cần sử dụng quạt để làm mát hệ thống. Để hiểu vì sao giải pháp không quạt vượt trội hơn, hay cũng tìm hiểu điểm yếu của máy tính công nghiệp có quạt là gì?

Điểm yếu của máy tính công nghiệp có quạt

Sử dụng quạt để làm mát các bộ phận bên trong có thể là một giải pháp đơn giản để giải quyết nhu cầu làm mát của máy tính. Tuy nhiên, một số nhược điểm lớn được mang lại khi sử dụng quạt cho giải pháp làm mát máy tính. Một trong những khái niệm thiết kế quan trọng của máy tính công nghiệp chắc chắn là loại bỏ các bộ phận chuyển động càng nhiều càng tốt. Việc sử dụng quạt đồng nghĩa với việc tăng thêm điểm hỏng hóc và tăng nguy cơ máy tính ngừng hoạt động. Với Quạt, PC công nghiệp khó xếp hạng IP cao hơn, do cần phải có các lỗ thông hơi để thổi không khí nóng ra khỏi hệ thống, nhưng đồng thời các bộ phận bên trong không tránh khỏi bị bụi và hơi ẩm bên ngoài xâm nhập vào bên trong. Ngoài ra, không có quạt, không có khó khăn để sửa chữa quạt và tìm kiếm thay thế thích hợp. Điều này cho phép toàn bộ hệ thống tăng MTBF (thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc), giảm rủi ro thời gian chết và tăng vòng đời của thiết bị. Hơn nữa, không có quạt sẽ giúp tiêu thụ điện năng thấp hơn, thiết kế tổng thể sạch sẽ hơn và hệ thống không gây tiếng ồn.

Máy tính công nghiệp sử dụng bộ tản nhiệt để làm mát thụ động các thành phần bên trong của hệ thống và sau đó tản nhiệt ra không khí xung quanh. Tản nhiệt được làm từ vật liệu dẫn nhiệt cao là đồng và nhôm. Các tản nhiệt siêu dẫn điện này được đặt trực tiếp lên các linh kiện máy tính sinh ra nhiều nhiệt nhất như CPU và PCH (trung tâm điều khiển nền tảng), các tản nhiệt đi kèm có khả năng tản nhiệt nhanh chóng. Tiếp theo, các tấm tản nhiệt sẽ dẫn nhiệt đến chassis tản nhiệt ra ngoài.

Chassis thiết kế đa chức năng, hoạt động như một vỏ bọc chắc chắn để bảo vệ hệ thống bên trong khỏi những cú sốc và rung động cực mạnh, đồng thời tản nhiệt hiệu quả để làm mát hệ thống và có thể cho phép TDP của CPU hoạt động lên đến 65 Watts mà không cần sử dụng bất kỳ quạt tản nhiệt nào trong phạm vi nhiệt độ mở rộng.

NEXCOM tạm dừng chia sẻ tại đây, nếu có bất kỳ thắc mắc nào, vui lòng liên hệ với chuyên gia máy tính NEXCOM để biết thêm thông tin chi tiết.

Công ty TNHH công nghệ thông minh ICOMTECK

Fanpage: https://www.facebook.com/icomteck/

Email: info@icomteck.vn

Hotline: 024 38 389 389

Zalo: 091 237 5378