Máy tính công nghiệp PC-rugged là máy tính được thiết kế chuyên dụng để hoạt động trong môi trường khắc nghiệt như: Tự động hóa công nghiệp, phương tiện tự hành (VGA), điều khiển thiết bị khai thác từ xa, biển báo kỹ thuật số, thiết bị y tế, hệ thống giám sát giao thông…Rất khó để vận hành máy tính tiêu dùng một cách đáng tin cậy trong những môi trường này vì chúng chỉ được chế tạo để hoạt động trong môi trường trong nhà, văn phòng được kiểm soát và hiếm khi xảy ra tác động vật lý.

Những gì ngành công nghiệp thực sự cần là một máy tính bền, đáng tin cậy và có thể hoạt động trong thời gian dài trong môi trường đầy thử thách và đây là lúc những chiếc PC công nghiệp chắc chắn chiếm được sự chú ý. Vậy máy tính công nghiệp IPC là gì? Hãy cùng Nexcom.vn tìm hiểu trong nội dung chia sẻ dưới đây nhé.

Máy tính công nghiệp chắc chắn là gì? Rugged-PC là gì?

Máy tính công nghiệp Rugged-PC là máy tính hiệu suất cao cả về khả năng tính toán và độ bền đặc biệt. Chúng cung cấp một giải pháp tuyệt vời cho các ứng dụng điện toán biên, đặc biệt là do độ tin cậy và tuổi thọ - hai điều rất quan trọng đối với các triển khai đầy thử thách.

Rugged-PC công nghiệp mạnh mẽ như PC máy trạm (workstation PC) nhưng chúng được thiết kế và chế tạo để bền hơn. Dòng PC này cung cáp sức mạnh tính toán mạnh mẽ, được triển khai để chịu được áp lực trong môi trường khắc nghiệt.

Thành phần PC công nghiệp

Để phù hợp với hiệu suất của PC mạnh mẽ và chạy trơn tru trong các triển khai điện toán biên, PC cần được trang bị các thành phần cao cấp. Có một số thành phần cơ bản được thiết lập trong PC. Trong một giải pháp điện toán công nghiệp điển hình, bạn sẽ thấy rằng đây là những thành phần mà chúng được trang bị:

• CPU 
• GPU
• Bộ nhớ RAM
• Thiết bị lưu trữ 
• OS 

1. CPU - Bộ xử lý

Mọi PC đều phải có CPU gắn liền với bo mạch chủ của nó. CPU là viết tắt của bộ xử lý trung tâm, là bộ não của hệ thống máy tính. Bộ xử lý chính thực hiện một chuỗi các đầu vào lệnh tạo nên một chương trình máy tính. CPU bao gồm hàng tỷ transistor siêu nhỏ cho phép nó thực hiện các phép tính phức tạp của một số chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ của hệ thống. Điều chỉnh CPU dựa trên nhu cầu của bạn là rất quan trọng để đảm bảo rằng các tác vụ được thực hiện hiệu quả và hiệu suất không bị chậm.

Máy tính Edge thường thực hiện khối lượng công việc đơn giản, trong khi những lúc khác, chúng phải có khả năng thực hiện nhiều khối lượng công việc phức tạp đồng thời. Vì vậy, tùy thuộc vào khối lượng công việc bạn muốn PC của mình thực hiện, bạn nên chọn CPU phù hợp để đảm bảo rằng thiết bị của bạn có thể hoạt động tối ưu mà không làm chậm khối lượng công việc của bạn. Khối lượng công việc phức tạp bao gồm học máy, thực tế tăng cường, hỗ trợ dữ liệu thời gian thực, trí tuệ nhân tạo…

Điều đó nói rằng, bạn nên chọn một CPU có thể thực hiện các tác vụ phức tạp và bạn có thể bắt đầu bằng cách xem xét các loại CPU khác nhau có thể cấu hình hệ thống của mình. Bạn nên xem xét các mục sau (SoC onboard hoặc CPU Socket), số lõi trong CPU, dung lượng bộ nhớ đệm và tốc độ xung nhịp của CPU (số lượng chu kỳ tính bằng GHz trên một giây).

Máy tính công nghiệp và máy tính để bàn đều sử dụng CPU. Tuy nhiên, hầu hết các PC công nghiệp sẽ có thông số kỹ thuật CPU cao hơn so với PC để bàn cả về nhu cầu điện toán, tốc độ và độ tin cậy.

2. Bộ xử lý đồ họa (GPU)

Máy tính công nghiệp và máy tính để bàn thường tương thích với GPU, có thể được lắp vào khe PCIe của chúng. GPU là viết tắt của cụm xử lý đồ họa, ngược lại CPU được ví như bộ não của máy tính, GPU là linh hồn của máy tính. Trong khi CPU đang xử lý một số tác vụ nặng dưới một số lõi, thì ngược lại, GPU có khả năng xử lý hàng nghìn hoặc hàng triệu tác vụ nhẹ riêng biệt cùng một lúc với hàng nghìn lõi nhỏ hơn so với tám lõi lớn hơn hoặc nhiều hơn một chút trong CPU.

Điều đó nói rằng, GPU lý tưởng cho đồ họa khi hiển thị tất cả các kết cấu, ánh sáng và hình dạng của một hình ảnh cần được tính toán và cho kết quả mượt mà. Hơn nữa, GPU là chìa khóa của máy học, thị giác máy tính, AI, siêu máy tính... GPU có thể thực hiện nhiều tác vụ hơn so với CPU. Do đó, khi thực hiện học sâu lượng lớn dữ liệu được xử lý đồng thời trong mạng nơ-ron và cho phép thuật toán tự học bằng cách thực hiện nhiều tác vụ tính toán đồng thời. GPU cũng đóng vai trò chính trong tính toán biên, đặc biệt khi xử lý hình ảnh liên quan đến thị giác máy tính được sử dụng trong một số lĩnh vực bao gồm công nghiệp ô tô, chăm sóc sức khỏe, khoa học đời sống và quản lý kho hàng.

3. Bộ nhớ chính - RAM

Bộ nhớ của máy tính bao gồm bộ nhớ ngắn hạn và bộ nhớ dài hạn. RAM là bộ nhớ chính của máy tính được gọi là bộ nhớ ngắn hạn. Chúng là thành phần tốc độ cao để truy cập bộ nhớ tức thì bất kể bộ nhớ được lưu trữ ở đâu. Không có máy tính nào có thể hoạt động nếu không có RAM. Sở dĩ như vậy vì RAM rất nhanh, cho phép máy tính hoạt động trên các ứng dụng được sử dụng tích cực. Với RAM, CPU không cần phải chủ động tìm kiếm bên trong ổ lưu trữ mỗi khi xuất hiện yêu cầu tác vụ mới.

Việc chọn đúng dung lượng RAM sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ tính toán và hiệu suất của hệ thống. Mặc dù nhanh hơn rất nhiều so với ổ lưu trữ (SSD và HDD), nhưng nó không giữ dữ liệu mãi mãi, khi máy tính tắt, nó sẽ mất nguồn và tất cả thông tin được tải vào nó sẽ bị mất. Đây là lý do tại sao bạn vẫn cần một ổ lưu trữ để lưu hàng tấn dữ liệu trong thời gian dài. Cuối cùng, dung lượng RAM thích hợp là điều quan trọng để PC của bạn hoạt động tối ưu. Càng có nhiều RAM thì càng có nhiều ứng dụng được tải lên nó, cho phép PC hoạt động nhanh hơn do nó phải thực hiện ít lượt đi đến ổ cứng để tìm nạp dữ liệu hơn.

4. Bộ nhớ thứ cấp - HDD và SSD

Không giống như RAM, các thiết bị lưu trữ thứ cấp lưu thông tin trên cơ sở lâu dài. Thông thường, các thiết bị lưu trữ thứ cấp thường có thể tháo rời để thay thế hoặc nâng cấp. Khi thảo luận về bộ nhớ thứ cấp, mọi người thường cảm thấy khó khăn khi lựa chọn giữa ổ đĩa cứng (HDD) và ổ đĩa thể rắn (SSD). Sự khác biệt chính giữa hai thiết bị này là ở cách thông tin được lưu trữ.

Ổ cứng đã xuất hiện từ những năm 1950 và được cải thiện đáng kể theo thời gian. Các thành phần chính của HDD bao gồm một chồng đĩa kim loại quay được gọi là đĩa cứng, trong đó mỗi đĩa chứa hàng nghìn tỷ mảnh vi mô có thể được sửa đổi bằng nam châm để biểu thị mã nhị phân 1s và 0s. Có một cánh tay truyền động cho mỗi đĩa quét đĩa để đọc và ghi dữ liệu vào ổ cứng. Lợi ích chính của ổ cứng HDD là chi phí trên mỗi gigabyte dung lượng rẻ hơn so với ổ SSD. Tuy nhiên, chúng không bền do đĩa quay mỏng manh được sử dụng để lưu trữ thông tin.

Trong khi đó, SSD cũng là ổ lưu trữ bất biến được sử dụng để lưu dữ liệu lâu dài. Thay vì sử dụng đĩa quay, SSD không có bộ phận chuyển động, do đó có thuật ngữ (trạng thái rắn). Tất cả dữ liệu được lưu trữ trong các chip bộ nhớ flash tích hợp, giúp giữ nguyên dữ liệu ngay cả khi không có điện lưu thông qua hệ thống. Do đó, SSD có một số ưu điểm như thời gian truy cập tốc độ cao, đầu vào điện năng thấp, hoạt động không ồn ào, độ bền và tính linh hoạt cao hơn so với ổ cứng thông thường. Ổ lưu trữ SSD cung cấp thêm độ bền và độ chắc chắn cho các PC công nghiệp rugged. Có nhiều loại SSD khác nhau với tốc độ và kiểu kết nối khác nhau, chẳng hạn như mSATA, M.2 NVMe và PCIe. Với tốc độ và độ tin cậy mà SSD mang lại, đây là một giải pháp hoàn hảo cho máy tính nhúng.

5. Hệ điều hành - OS

Phần mềm cũng quan trọng như phần cứng khi cấu hình máy tính. Phần mềm quan trọng nhất để bắt đầu  chạy máy tính là hệ điều hành (OS). Đây là hệ thống cơ sở quản lý bộ nhớ và bộ xử lý của máy tính, bao gồm tất cả phần mềm và phần cứng của nó. Nếu không có hệ điều hành, máy tính sẽ trở nên vô dụng bởi vì nó là một giao diện cho phép người dùng giao tiếp với phần cứng và phần mềm của máy tính. Mỗi PC phải có ít nhất một hệ điều hành để chạy các chương trình và ứng dụng khác.

Điểm khác biệt giữa PC công nghiệp và PC thường

Để duy trì hiệu suất và kết nối cấp công nghiệp khi được triển khai trong môi trường khắc nghiệt, PC công nghiệp NEXCOM cung cấp nhiều giải pháp hơn. Sở hữu một chiếc PC công nghiệp không chỉ là khả năng của thiết bị đó có thể chịu được môi trường khắc nghiệt một hoặc hai lần mà còn là tuổi thọ của thiết bị, có thể chịu được việc triển khai liên tục kéo dài trong nhiều năm. Trong phần này, Nexcom.vn liệt kê các đặc điểm khác nhau của PC công nghiệp chắc chắn so với PC để bàn để bàn hiểu thêm giá trị thực sự của PC công nghiệp.

1. Thiết bị lưu trữ - Ổ cứng trạng thái rắn

Rugged-PC công nghiệp có thể hoạt động tốt hơn nhiều bằng cách chịu được các cú sốc và rung động thường xuyên.  Thiết bị lưu trữ của máy tính công nghiệp Rugged-PC chủ yếu sử dụng SSD vì:

• Chúng mang lại hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn.
• Tốc độ và độ tin cậy cao trong khi chiếm ít dung lượng hơn, sử dụng ít năng lượng hơn và giảm nguy cơ thiết bị ngừng hoạt động.

SSD không có bất kỳ bộ phận cơ học chuyển động nào như HDD. HDD có các thanh truyền động có thể dễ dàng bị hỏng khi tiếp xúc với các tác động mạnh hoặc rung sốc đột ngột.Ngược lại, SDD chịu được tác động vật lý như rơi từ độ cao 1.8-2m, va đập, thậm chí là trong điều kiện làm việc thường xuyên bị rung sốc như trên các phương tiện di chuyển.

SSD cung cấp tốc độ nhanh hơn HDD vì dữ liệu được lưu trữ trong các bộ nhớ flash NAND trạng thái rắn có thể được đọc và ghi nhanh hơn nhiều so với các tấm từ tính quay của HDD. Do đó, các Rugged-PC công nghiệp hỗ trợ nhiều loại kết nối SSD khác nhau bao gồm SATA, M.2 SATA, M.2 NVMe và NVMe PCIe sẽ mang lại hiệu suất vượt trội hơn.

2. Hệ thống làm mát thụ động

Máy tính cần phải có một hệ thống làm mát để tản nhiệt từ các bộ phận bên trong tạo ra và giữ các bộ phận trong giới hạn nhiệt độ hoạt động. Điều quan trọng là tránh nhiệt quá nóng có thể làm giảm hiệu suất hoặc thậm chí có thể làm hỏng máy tính vĩnh viễn.

Có nhiều loại hệ thống làm mát khác nhau sử dụng quạt, làm mát bằng chất lỏng để tản nhiệt. Điều quan trọng là phải tìm hiểu cách các PC công nghiệp rugged tự làm mát để tránh hư hỏng các bộ phận bên trong, kéo dài MTBF của chúng (thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc). Điều này đã được minh chứng với các PC công nghiệp của NEXCOM sử dụng tản nhiệt thụ động làm giải pháp tản nhiệt tối ưu.

Tản nhiệt hoặc làm mát thụ động sử dụng các lá tản nhiệt để di chuyển nhiệt từ các thành phần bên trong ra phần bên ngoài để làm mát PC. Ví dụ: CPU là một trong những thành phần của máy tính tạo ra nhiều nhiệt nhất. Các bộ xử lý như CPU ​​và GPU đều có ngưỡng nhiệt tối đa cụ thể có thể được kiểm tra từ công suất thiết kế nhiệt (TDP) của nó.

Hiểu TDP của bộ xử lý và cách làm mát nó có thể giúp bạn tránh điều tiết nhiệt thường gây ra giảm tốc độ xung nhịp, sự cố hệ thống và cho đến khi toàn bộ hệ thống ngừng hoạt động. Để thoát nhiệt ra khỏi CPU, có một bộ tản nhiệt được làm từ vật liệu dẫn nhiệt cao trên bộ xử lý CPU. Vật liệu được làm từ sự tích hợp của kim loại tản nhiệt nhanh (chất liệu đồng và nhôm). Các tản nhiệt được đặt trực tiếp trên CPU với một lớp keo tản nhiệt rất nhỏ giữa hai bộ phận này để chuyển nhiệt hiệu quả ra khỏi các thành phần tạo nhiệt bên trong đến khung kim loại của PC. Do đó, nó cho phép PC hoạt động bình thường mà không cần quạt trong một phạm vi nhiệt độ mở rộng.

3. Case - Cực kỳ chắc chắn

Case máy tính công nghiệp về cơ bản là nơi chứa tất cả các thành phần máy tính của bạn. Thiết kế và chất liệu của một chiếc PC công nghiệp rugged và một chiếc PC để bàn rất khác nhau. Kích thước vỏ máy tính để bàn nói chung là rất lớn và có rất nhiều không gian lãng phí. Không giống như PC để bàn, PC công nghiệp chắc chắn của NEXCOM có thiết kế tiện dụng, nơi tất cả không gian được tối ưu hóa hoàn toàn và có mục đích riêng.

PC công nghiệp rugged được xây dựng bằng vật liệu cực kỳ chắc chắn. Không giống như case máy tính để bàn chủ yếu được làm từ vật liệu nhựa acrylic hoặc nhôm mỏng. Vỏ máy tính công nghiệp được chế tạo từ nhôm ép dạng tấm dày và chắc chắn. Vật liệu này cung cấp một chassis chắc chắn tối ưu và một chất dẫn nhiệt hiệu quả, rất cần thiết cho các giải pháp điện toán chắc chắn được triển khai trong môi trường đầy thử thách.

4. PSU (Bộ cấp nguồn)

Thông số kỹ thuật cho bộ nguồn PC của máy tính cá nhân nói chung chủ yếu dựa trên thông số kỹ thuật ATX tùy chỉnh của Intel. Các thông số kỹ thuật chính là + 3.3V, + 5V và + 12V.

Nếu nguồn PC thường tồn tại dựa trên các điều kiện chung, thì nguồn IPC tồn tại dựa trên nhu cầu ứng dụng cụ thể. Các môi trường như an ninh, giám sát, sản xuất, thông tin liên lạc, chăm sóc y tế, vận chuyển, kiểm soát công nghiệp…ưu tiên IPC hơn. Bởi vì môi trường làm việc khác nhau, các yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm môi trường làm việc, khả năng chống bụi, độ tin cậy, thời hạn sử dụng, khả năng chống nhiễu… tương đối khác so với nguồn PC thường.

PSU của PC công nghiệp có một số tính năng đặc biệt khác biệt với PSU của PC để bàn. PSU của PC công nghiệp của NEXCOM không có quạt, không có cáp ( hàn trực tiếp lên main) và có khả năng bảo vệ điện áp rộng. PSU của máy tính để bàn có thể bị ồn do quạt di chuyển của chúng và nó cũng tiêu thụ nhiều năng lượng hơn để chạy quạt. Hơn nữa, nó sử dụng cáp để cấp nguồn cho bo mạch chủ. Bằng cách sử dụng quạt và dây cáp, bụi bẩn có thể dễ dàng xâm nhập vào hệ thống và làm tắc nghẽn hệ thống, khiến nhiệt bên trong quá nóng. PSU không tốt có thể gây ra hư hỏng vĩnh viễn cho các thành phần của PC do quá nhiệt và dao động điện áp.

Mặt khác, thiết kế PSU của NEXCOM hoàn toàn không có quạt và không có cáp. Ngoài ra, nó có nhiều tính năng hơn bắt đầu từ đầu vào điện áp rộng để bao phủ đầu vào đa dạng khác nhau, từ 9V đến 30V, bảo vệ quá áp. Tất cả đều được trang bị trong một chiếc PC công nghiệp để chịu đựng những môi trường khắc nghiệt mà nó phải đối mặt hàng ngày.

MÁY TÍNH CÔNG NGHIỆP RUGGED-PC ĐẶC BIỆT NHƯ THẾ NÀO?

Về cơ bản, không giống như PC để bàn, PC công nghiệp chắc chắn chủ yếu được chế tạo để mang lại khả năng tính toán hiệu suất cao trong quá trình triển khai ở những điều kiện khắc nghiệt nhất có thể tồn tại trong một thời gian dài. Những môi trường khắc nghiệt và đầy thử thách này bao gồm quân sự, khai thác mỏ, ô tô, sản xuất, dầu khí, chăn nuôi, tự động hóa trong ngành công nghiệp chế biến đồ uống và thực phẩm, y tế...

Phạm vi nhiệt độ rộng

Một chiếc PC công nghiệp chắc chắn cần phải tồn tại trong mọi loại điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt và lạnh giá. Từ việc triển khai ngoài trời đóng băng trong mùa đông với nhiệt độ dưới -15 ℃, đến mùa hè nóng nực ngoài trời có thể đạt tới 50℃ hoặc máy móc có thể tản nhiệt lên đến 60℃. Những chiếc PC công nghiệp rugged này có khả năng chịu được nhiệt và lạnh như vậy do thiết kế không quạt sáng tạo và công nghệ làm mát thụ động. Thiết kế hợp lý của vỏ máy hoạt động như một bộ tản nhiệt để phân tán nhiệt hiệu quả từ các thành phần bên trong ra không khí xung quanh PC.

Chống sốc & chống rung

Tác động sốc và rung có thể dễ dàng nới lỏng hoặc làm hỏng các thành phần của máy tính và gây ra hỏng hóc. Môi trường công nghiệp đầy rủi ro và thường xuyên xảy ra sốc và rung động. Do đó, một chiếc PC-rugged công nghiệp cần phải có khả năng chịu va đập và rung sốc liên tục từ môi trường của nó. Máy tính để bàn thông thường sẽ nhanh chóng hỏng hóc khi tiếp xúc với các cú va đập hoặc rung sốc làm cho các bộ phận chuyển động mỏng manh của nó, chẳng hạn như quạt, dây cáp và ổ cứng HDD có thể bị tách rời hoặc hư hỏng.

Các Rugged-PC công nghiệp không có quạt và không có dây để giảm các thiệt hại có thể xảy ra. Hơn nữa, Chassis của NEXCOM là một thiết kế một mảnh có ít bộ phận khớp và vít hơn, mang lại cấu trúc chắc chắn, cho phép hệ thống có khả năng chống sốc và rung động tốt hơn. Ngoài ra, thiết kế gọn gàng của chúng giúp người dùng dễ dàng lắp ráp, tháo rời và bảo trì.

Dòng PC công nghiệp VTC seri của NEXCOM tuân thủ tiêu chuẩn quân sự (MIL-STD-810G) về khả năng chống sốc và rung. Chúng được hỗ trợ với các thành phần cấp công nghiệp của PC (chẳng hạn như tụ điện, điện trở, cuộn cảm nguồn...) được lựa chọn nghiêm ngặt để có hiệu suất điện tốt hơn và hiệu suất hệ thống ổn định hơn.

Tính linh hoạt với I / O đa dạng

Khối lượng công việc công nghiệp đòi hỏi nhiều loại đầu vào và đầu ra dữ liệu khác nhau để truyền dữ liệu quan trọng cho quá trình xử lý và ra quyết định theo thời gian thực. Nhờ khả năng mở rộng và I / O đa dạng của PC công nghiệp rugged, người dùng có thể định cấu hình chức năng cụ thể cần thiết để thực hiện một tác vụ.  Các cổng I/O được tích hợp bao gồm cổng COM, cổng USB, cổng video, DIO / GPIO, cổng LAN, đầu nối M12, khe cắm PCIe, khe cắm M.2 và nhiều khả năng tương thích khác. Loại cổng cần thiết tùy thuộc vào khả năng tương thích ứng dụng của bạn. Ví dụ:

• Cổng Serial: RS-232, RS-422 và RS-485
• Cổng USB 3.1 thế hệ 2
• Cổng video: VGA, HDMI, DVI, DP
• DIO / GPIO: 4 in / 4out (cách điện), 8 in / 8 out (cách điện)
• Cổng LAN: tốc độ truyền lên đến 10Gbe mỗi LAN, RJ45 LAN và có thể được cấu hình với PoE (802.3at)

>> Xem thêm: 6 cổng I / O phổ biến nhất của máy tính công nghiệp

Bảo mật với mô đun TPM 2.0

Dựa trên nghiên cứu của Viện Toàn cầu McKinsey về IoT vào năm 2019, kết quả khảo sát trên 1400 người thực hành IoT về an ninh mạng IIoT cho thấy khoảng một nửa số người dùng IIoT đã bị tấn công mạng và nhiều người bị thiệt hại. Hầu hết những ai được hỏi đều gặp phải thiệt hại ít nhất ở mức trung bình và không ít người bị thiệt hại nặng trên các ứng dụng IIoT của họ. Do đó, với các máy tính công nghiệp rugged an ninh mạng là một yếu tố quan trọng đảm bảo dữ liệu được bảo mật khỏi các cuộc tấn công nguy hiểm.

TPM là viết tắt của một mô-đun nền tảng đáng tin cậy bảo mật dữ liệu bằng một mô-đun mật mã giúp tăng cường bảo vệ dữ liệu và quyền riêng tư. Những dữ liệu này được bảo vệ thông qua mã hóa và giải mã, bao gồm mật khẩu, chứng chỉ hoặc khóa mã hóa cụ thể để truy cập dữ liệu. TPM là một chức năng dựa trên phần cứng, liên quan đến bảo mật, nơi nó không chỉ bảo vệ khỏi các cuộc tấn công mạng trực tuyến mà còn khỏi các trường hợp tấn công ngoại tuyến như trộm cắp bộ nhớ.

Xem thêm: Mô-đun TPM giúp bảo mật PC công nghiệp như thế nào?

Một vài tiêu chí khác được liệt kê trong bảng dưới đây: