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嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無(wú)處不在。如果你去過(guò)一家超級(jí)市場(chǎng)，并且注意到墻上有售貨亭機(jī)，那么這些售貨亭很有可能由嵌入式計(jì)算機(jī)供電。本文將介紹有關(guān)嵌入式PC和計(jì)算機(jī)所需的一切知識(shí)。

什么是嵌入式計(jì)算機(jī)？

嵌入式計(jì)算機(jī)是一種專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通常被描述為較大機(jī)器或系統(tǒng)中的單個(gè)系統(tǒng)。嵌入式計(jì)算機(jī)用于運(yùn)行特定的應(yīng)用程序以執(zhí)行預(yù)定的功能。嵌入式計(jì)算系統(tǒng)與普通的消費(fèi)者級(jí)臺(tái)式計(jì)算機(jī)具有許多相同的部分。這些部分包括CPU，GPU，RAM和存儲(chǔ)設(shè)備。但是，主要區(qū)別在于嵌入式系統(tǒng)利用工業(yè)級(jí)組件，這些組件可使系統(tǒng)承受惡劣的工作條件。

嵌入式PC隨處可見(jiàn)。它們用于車(chē)輛，交互式信息亭機(jī)，工廠自動(dòng)化生產(chǎn)線，安全和監(jiān)視系統(tǒng)以及許多其他設(shè)備中。那么，什么是嵌入式計(jì)算機(jī)，它們?nèi)绾喂ぷ饕约扒度胧接?jì)算機(jī)的一些示例？我們將在以下各節(jié)中回答所有這些問(wèn)題。

嵌入式計(jì)算機(jī)主要有兩種類(lèi)型，即SoC（片上系統(tǒng)）嵌入式PC，其中CPU，GPU，芯片組和I ／ O構(gòu)建在單個(gè)硅基板上。另一方面，插槽式嵌入式計(jì)算機(jī)是將諸如帶有專(zhuān)用PCH和GPU的CPU等組件安裝到主板上以提高性能。

對(duì)于簡(jiǎn)單的入門(mén)級(jí)工作負(fù)載，SoC往往功耗較低。盡管如此，SoC和Socket PC都是為特定工業(yè)工作負(fù)載而設(shè)計(jì)的，例如工業(yè)自動(dòng)化和控制，自動(dòng)駕駛汽車(chē)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，醫(yī)學(xué)影像，自助服務(wù)終端機(jī)，智能自動(dòng)售貨機(jī)和數(shù)字標(biāo)牌。

通常，嵌入式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和制造要嚴(yán)格，因?yàn)樗鼈兺ǔ２渴鹪趷毫拥沫h(huán)境中，例如室外數(shù)字標(biāo)牌和雜物重的工廠車(chē)間。因此，他們必須能夠應(yīng)對(duì)這種挑戰(zhàn)性環(huán)境中的部署。因此，大多數(shù)堅(jiān)固耐用的嵌入式PC的設(shè)計(jì)和制造都可以承受頻繁的沖擊，振動(dòng)，灰塵，濕度和極端溫度。

嵌入式計(jì)算機(jī)可以部署在室內(nèi)，在室溫環(huán)境中以及在極端溫度條件下的室外環(huán)境中使用，例如溫度達(dá)到－40?C的低溫環(huán)境以及在高溫下達(dá)到85?C的高溫環(huán)境。

嵌入式計(jì)算機(jī)的主要組件是什么？

嵌入式PC使用以下組件制成：

1、CPU（處理器）

嵌入式計(jì)算機(jī)的主要組件是CPU，通常稱(chēng)為處理器。CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行計(jì)算機(jī)的計(jì)算任務(wù)。選擇解決方案時(shí)，應(yīng)考慮所需的處理能力。如果希望系統(tǒng)執(zhí)行入門(mén)級(jí)工作負(fù)載，則可以選擇低功耗，的SoC解決方案，例如Intel?Celeron?J1900，它具有執(zhí)行簡(jiǎn)單工作負(fù)載的功能。但是，如果您希望系統(tǒng)執(zhí)行復(fù)雜的工業(yè)工作負(fù)載，則應(yīng)選擇一種插槽解決方案，因?yàn)橥ǔ？梢允褂霉δ軓?qiáng)大的Intel?Core?i3，i5和i7處理器對(duì)其進(jìn)行配置。也就是說(shuō)，無(wú)論您選擇使用SoC解決方案還是套接字解決方案，兩者都可以被被動(dòng)冷卻，從而創(chuàng)建了一個(gè)堅(jiān)固的系統(tǒng)，可以在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中進(jìn)行部署。

另外，值得注意的是，OEM廠商通常會(huì)跳過(guò)處理器，因?yàn)樗麄兿虢档颓度胧絇C的成本。但是，為系統(tǒng)供電不足會(huì)導(dǎo)致性能下降，從而減慢組織的工作流程。因此應(yīng)始終使用適當(dāng)?shù)腃PU配置系統(tǒng)。

2、助力邊緣的性能加速器

可以將某些性能加速器添加到嵌入式計(jì)算機(jī)中，以加速人工智能（AI），機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）和深度學(xué)習(xí)（DL）工作負(fù)載。

A．GPU（圖形處理單元）

可以將GPU添加到嵌入式PC中，以加快某些應(yīng)用程序的性能。例如，GPU能夠加速人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)工作負(fù)載，因?yàn)樗鼈兡軌蛱幚砗吞幚肀菴PU大得多的數(shù)據(jù)塊。此外，GPU在執(zhí)行AI工作負(fù)載時(shí)比CPU效率高得多，因?yàn)樗鼈兙哂斜菴PU多得多的內(nèi)核，可以執(zhí)行并行計(jì)算，而CPU非常適合順序計(jì)算。GPU非常適合自動(dòng)駕駛汽車(chē)，醫(yī)學(xué)成像，基于視覺(jué)的質(zhì)量保證以及其他各種圖形密集型任務(wù)。此外，由于部署在邊緣的嵌入式解決方案靠近數(shù)據(jù)生成源，因此部署在邊緣的嵌入式解決方案可以低延遲實(shí)時(shí)處理關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)。

B． VPU（視覺(jué)處理單元）

此外，可以將VPU添加到嵌入式計(jì)算機(jī)中，以加速機(jī)器視覺(jué)，機(jī)器學(xué)習(xí)，面部和對(duì)象識(shí)別，AI應(yīng)用程序以及高端圖像處理應(yīng)用程序。VPU通過(guò)承擔(dān)通常由處理器執(zhí)行的工作負(fù)載并在視覺(jué)處理單元（VPU）本身上執(zhí)行工作，而同時(shí)使用的功耗要少于GPU來(lái)執(zhí)行同一任務(wù)所需的功耗。邊緣計(jì)算和更多的機(jī)器智能推動(dòng)了對(duì)近數(shù)據(jù)性能加速器的需求。

C． FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）

FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）是可以根據(jù)需要進(jìn)行編程的集成電路。由于FPGA具有加速AI，ML（機(jī)器學(xué)習(xí)）和DL（深度學(xué)習(xí)）工作負(fù)載的能力，因此通常被添加到嵌入式計(jì)算機(jī)中。而且，它們提供的性能優(yōu)于GPU，從而顯著加速了組織的整個(gè)AI工作流程，而功耗卻低于GPU。由于FPGA具有針對(duì)各種市場(chǎng)的可編程特性，因此在計(jì)算系統(tǒng)中特別受益。

D． NVMe計(jì)算存儲(chǔ)設(shè)備（CSD）

此外，可以將NVMe計(jì)算存儲(chǔ)添加到嵌入式系統(tǒng)中，以加速某些工作負(fù)載。通過(guò)計(jì)算存儲(chǔ)，可以在存儲(chǔ)設(shè)備級(jí)別處理數(shù)據(jù)。這減少了必須在存儲(chǔ)設(shè)備和計(jì)算平面之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。這樣，通過(guò)消除存儲(chǔ)到處理器的瓶頸，CSD可以顯著增加數(shù)據(jù)密集型工作負(fù)載，而不是計(jì)算密集型。

3、RAM –系統(tǒng)內(nèi)存

RAM也是大多數(shù)嵌入式計(jì)算機(jī)的重要組成部分。RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的縮寫(xiě)）用于存儲(chǔ)系統(tǒng)需要快速訪問(wèn)的數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)加載到RAM后，計(jì)算機(jī)可以從中快速檢索所需的信息。使用RAM是因?yàn)樗萐SD和其他存儲(chǔ)設(shè)備要快得多。通常，添加到設(shè)備的RAM越多，它就會(huì)變得越快，響應(yīng)越快。另外，添加到系統(tǒng)的RAM越多，同時(shí)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序時(shí)系統(tǒng)的性能越好。

具有更多RAM的設(shè)備速度更快，因?yàn)樗鼈兛梢愿斓卦L問(wèn)信息，因此花費(fèi)更少的時(shí)間來(lái)嘗試從硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器或固態(tài)驅(qū)動(dòng)器中查找信息。也就是說(shuō)，RAM是易失性的內(nèi)存類(lèi)型，這意味著它在每次關(guān)閉系統(tǒng)時(shí)都會(huì)重置，從而清除曾經(jīng)加載到其上的數(shù)據(jù)。這是SSD ＋ HDD和RAM內(nèi)存之間的主要區(qū)別。SSD和HDD提供長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，而RAM提供短期的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

4、儲(chǔ)存

嵌入式系統(tǒng)中常見(jiàn)的第三個(gè)組件是存儲(chǔ)。嵌入式系統(tǒng)必須能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，通常使用HDD（硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器），SSD（固態(tài)驅(qū)動(dòng)器）或M．2 NVMe SSD對(duì)其進(jìn)行配置。NVMe SSD是配置嵌入式計(jì)算機(jī)的快類(lèi)型的存儲(chǔ)設(shè)備，可提供高達(dá)3500 MB ／ s的數(shù)據(jù)讀取速度和高達(dá)2500 MB ／ s的讀取速度。

也就是說(shuō)，系統(tǒng)仍可以配置有SSD和HDD。常規(guī)SSD比NVMe選件便宜，并且往往具有更大的存儲(chǔ)量，這使它們成為某些組織的有吸引力的選擇。而且，SSD比傳統(tǒng)的HDD快得多，因?yàn)樗鼈儗?shù)據(jù)存儲(chǔ)在NAND芯片上，這使它們的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)的硬盤(pán)快得多。

但是，某些客戶仍在使用硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)樗鼈円哉T人的價(jià)格提供了大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。因此，對(duì)于希望在嵌入式設(shè)備上存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的組織，硬盤(pán)仍然有意義，因?yàn)樗鼈兪堑脑O(shè)備存儲(chǔ)形式。因此，需要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量的組織只能通過(guò)使用硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的。SSD的尺寸已經(jīng)增加；但是，硬盤(pán)仍以競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格提供的存儲(chǔ)容量。

5、I ／ O端口

嵌入式計(jì)算機(jī)具有豐富的I ／ O端口，允許系統(tǒng)連接到新技術(shù)，舊技術(shù)，其他設(shè)備和傳感器以及互聯(lián)網(wǎng)。特別是對(duì)于工業(yè)4.0，許多嵌入式計(jì)算機(jī)可以管理和合并來(lái)自舊設(shè)備和數(shù)字設(shè)備的工作負(fù)載，以提高運(yùn)營(yíng)效率。

嵌入式系統(tǒng)上常見(jiàn)的I ／ O端口包括：

USB Type－A端口

雙RJ45 LAN端口

串行COM端口

音頻輸出／音頻輸入端口

HDMI，DP和DVI端口

GPIO（通用輸入／輸出）端口

6、冷卻液

嵌入式系統(tǒng)可以使用低功耗處理器和功能強(qiáng)大的處理器進(jìn)行配置。也就是說(shuō)，無(wú)論您選擇低功耗處理器還是高性能處理器，嵌入式PC都會(huì)通過(guò)使用散熱器進(jìn)行被動(dòng)冷卻。散熱器將熱量從內(nèi)部發(fā)熱組件散布到外殼上，從而將熱量散發(fā)到PC周?chē)沫h(huán)境中。堅(jiān)固耐用的嵌入式PC的外部隔層具有鰭片，這些鰭片增加了設(shè)備的表面積，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的散熱能力。

也就是說(shuō)，如果您需要一臺(tái)能夠處理諸如AI，推理分析或深度學(xué)習(xí)之類(lèi)的復(fù)雜工作負(fù)載的PC，則可能必須配置一個(gè)包含GPU的系統(tǒng)。GPU之所以出色，是因?yàn)樗鼈兛梢约铀龠@些工作負(fù)載。但是，它們會(huì)產(chǎn)生大量熱量。因此，沒(méi)有某種類(lèi)型的主動(dòng)冷卻功能就無(wú)法冷卻GPU，通常必須對(duì)其進(jìn)行主動(dòng)風(fēng)冷以使其正常運(yùn)行。

因此，配置有GPU的系統(tǒng)并非完全無(wú)風(fēng)扇。CPU可能仍會(huì)無(wú)風(fēng)扇冷卻，但是GPU將需要主動(dòng)風(fēng)冷，這意味著系統(tǒng)將不會(huì)完全無(wú)風(fēng)扇。也就是說(shuō)，帶有GPU的系統(tǒng)仍然經(jīng)過(guò)嚴(yán)格設(shè)計(jì)，可以與完全無(wú)風(fēng)扇的系統(tǒng)部署在某些相同的環(huán)境中。