Промышленный компьютер для высокопроизводительных вычислений (HPC)

Встраиваемый высокопроизводительный ПК GM-1000

Для чего предназначен компьютер GM-1000

GM-1000 – это компактный и надёжный компьютер, который ориентирован на широкое применение в различных областях.

Для решения любых задач, требующих высокопроизводительных вычислений, высокоскоростного визуального анализа и распознавания. К ним относятся задачи машинного зрения, такие как автоматизированный визуальный контроль качества, сортировка или роботизация производства. Также компьютер позволяет осуществлять видеонаблюдение с возможностью комплексного мониторинга территории, распознавания лиц и алгоритмами прогнозирования поведения людей. В транспортной отрасли GM-1000 может использоваться для автоматического управления автомобилем, обнаружения слепых зон или оценки физического состояния водителя. Кроме того, с его помощью можно осуществлять комплексный мониторинг дорожного движения, распознавание номерных знаков и даже проверку багажа.

Сталь, алюминий, медь

На изображении ниже представлен компьютер Cincoze GM-1000 сверху и с четырех боковых сторон. Устройство выполнено из алюминиевых пластин (передней и задней) с поликарбоновой панелью (стальной с внутренней стороны) с отверстиями для различных портов, а также больших оребренных алюминиевых теплоотводов и рассеивателей. В устройстве нет вентилятора, тепло отводится от процессора к большим металлическим радиаторам через тепловые трубки, а затем рассеивается в воздухе. Например, на устройстве с процессором с TPD 35 Вт нормальная температура поддерживалась без проблем. Однако в этом промышленном компьютере существует гораздо больше возможностей для терморегулирования, чем кажется на первый взгляд, но мы рассмотрим их немного позже.

Модель Cincoze GM-1000, как и многие компактные промышленные компьютеры, имеет простую и прочную конструкцию, это высокопроизводительное техническое устройство очень высокого качества. Его дизайн продуман до мельчайших деталей. Он компактен, но при этом легко вмещает множество стандартных портов и модулей, необходимых для промышленного применения. На изображении ниже представлена система с передней стороны:

Как и во многих промышленных встраиваемых и панельных компьютерах, разъемы ввода/вывода на модели Cincoze GM-1000 расположены только сзади и спереди. Это связано с тем, что устройство спроектировано таким образом, чтобы располагаться в горизонтальном положении либо крепиться на стене, чтобы большой ребристый радиатор мог свободно пропускать потоки воздуха.

В Cincoze GM-1000 на передней стороне находятся следующие внешние порты:

• 4 x USB 3.2 Gen 2;
• 2 x RJ45 10GbE LAN;
• 1 x кнопка питания;
• 2 x разъема для SIM-карт (за передней панелью);
• 2 x 2.5” HDD/SSD c возможностью горячей замены;
• кнопка перезагрузки, модуль IGN, переключатель режима питания (AT/ATX).

На задней стороне находятся следующие внешние порты:

• 2 х 3-конт. клеммный блока питания постоянного тока для общей нагрузки до 360 Вт;
• 2 x RJ45 gigabit LAN;
• 1 x DVI-I;
• 4 x USB 3.2 Gen 1;
• 1 x DisplayPort;
• 1 x HDMI;
• 4 x последовательных порта RS232/422/485 (DB9);
• 1 x аудио порт (Line out);
• 1 x аудио порт (Mic in);
• 1 x 2-конт. разъем дистанционного включения/выключения;
• 2 x универсальных отсека для модулей расширения;
• 2 x разъема для антенн;
• 2 x 4-конт. разъёмы питания для внешних вентиляторов.

Учитывая требования разных сфер промышленности, компания Cincoze предлагает широкий выбор дополнительных модулей и интерфейсов ввода/вывода, включая видеоускорители Nvidia Quadro P2000 или AMD Radeon E9174 MXM, многочисленные CMI и CFM модули (LAN, DIO, последовательный интерфейс, PoE, контроль за включением зажигания и т.д.) со стандартными разъемами или разъемами M12, а также ряд модулей Mini-PCIe (COM, LAN, USB).

Что внутри

Разумеется, мы открыли корпус Cincoze GM-1000, чтобы посмотреть, как он выглядит внутри и что в нем установлено.

Корпус устройства, как принято для промышленных компьютеров, выполнен из стальных пластин с большим алюминиевым радиатором с выступающими ребрами.

Далее представлена нижняя часть устройства с крышкой (слева) и без (справа). Внутри есть место для двух 2,5-дюймовых жестких или твердотельных дисков SATA с возможностью горячей замены. При использовании двух дисков доступны функции RAID 0 (с чередованием), 1 (зеркальный), 5 (с чередованием и четностью) и 10 (комбинация с чередованием и зеркалом). Также видны два разъема Mini PCIe/mSATA, которые можно использовать для беспроводных модулей, и разъем M.2 ключ M 2280, который поддерживает SSD-накопители NVMe (использован модуль Cervoz).

Если снять ещё четыре фиксатора, то можно вытащить и отделить корпус со всей электроникой от большого радиатора. Здесь открывается один из секретов Cincoze GM-1000. Радиатор сделан не только из обычного профилированного алюминия, в нем есть медные тепловые трубки и медные пластины. С правой стороны показана верхняя часть материнской платы, у которой теплообразующие компоненты имеют собственные медные и алюминиевые радиаторы (сняты термопрокладки для улучшения обзора).

Если посмотреть на материнскую плату компьютера GM-1000, то можно заметить, что для установки дополнительных графических возможностей Cincoze использует интерфейс MXM. MXM - сокращение от Mobile PCI Express Module (мобильный модуль на шине PCI Express), это стандартный интерфейс для графических процессоров. Для MXM используется несущая плата, на которой устанавливается MXМ-модуль. Она расположена на материнской плате справа, сверху на GPU-модуле находится медный радиатор.

Мы считаем, что использование интерфейса MXM на несущей плате вместо того, чтобы подключать модули MXM непосредственно к материнской плате — это хорошая идея. Применение несущей платы позволяет легко модернизировать и варьировать форм-факторы модулей MXM.

Кроме того, компания Cincoze использует специальные интерфейсы CMI. CMI расшифровывается как Combine Multiple I/O, и в модели GM-1000 используется один высокоскоростной (LAN) и один низкоскоростной (последовательный, DIO) CMI интерфейс. Они позволяют объединять несколько вводов/выводов в один порт через разъемы M12.

Большой проблемой компактных промышленных компьютеров является терморегуляция. Без вентиляторов нет активного потока воздуха, поэтому вырабатываемое компонентами тепло должно собираться и передаваться через радиаторы, а затем каким-то образом рассеиваться. Это требует дополнительных объяснений и комментариев.

Согласно второму закону термодинамики, тепло перемещается от более теплого участка к более холодному для снижения разницы температур, аналогично тому, как вода, которая находится выше, стекает к более низким участкам, чтобы её уровень сравнялся.

Почти все материалы проводят тепло, хотя и в разной степени. Теплопроводность измеряется в ваттах на квадратный метр площади поверхности для температурного градиента 1 градус кельвина на единицу толщины 1 метр.

В радиаторах и тепловых трубках компьютеров, как правило, используются алюминий и медь. Медь обладает примерно на 70% большей теплопроводностью, чем алюминий, но стоит примерно в три раза дороже и весит почти в три раза больше.

В связи с этим медь, в первую очередь, используется для тепловых трубок, отводящих тепло от процессоров и другой вырабатывающей тепло электроники. Медь также используется для изготовления небольших теплопроводящих пластин. Алюминий - наоборот, часто используется для отвода тепла от внешней поверхности промышленного компьютера, причем сильно оребренные поверхности значительно увеличивают площадь теплообмена.

Таким образом, оба материала применяются, но чаще всего разработчики выбирают только один из них. Однако специалисты компании Cincoze решили использовать оба материала, чтобы максимально эффективно воспользоваться свойствами каждого из металлов.

Для Cincoze GM-1000 используется конструкция из меди и алюминия, при этом медные пластины соединяются с теплообразующими элементами через термопрокладки, и на каждой из них есть несколько медных тепловых трубок, которые устанавливаются в пазы алюминиевого радиатора. Благодаря этому, отвод тепла происходит гораздо быстрее. Для дополнительной гарантии в устройстве Cincoze обеспечена тепловая изоляция между центральным и графическим процессором.

Эта система довольно сложная, продуманная и превосходно исполненная. Тем не менее, некоторые считают, что пассивное охлаждение не может заменить активное. Что будет, если воздух вокруг GM-1000 нагреется? Что если устройство будет работать в режиме максимальной нагрузки? Не будет ли система перегреваться или замедляться без регулируемого активного охлаждения? А что с выбором процессора и дополнительных модулей? Справится ли с этим даже лучшее пассивное охлаждение?

Как и всегда, на эти вопросы нет однозначного ответа. На устройство, которое мы обозреваем, установлен восьмиядерный процессор 9-го поколения Intel Core i7-9700E и графический процессор Nvidia Quadro P2000 на базе MXM. В такой конфигурации компьютер почти не нагревался. Но процессор i7-9700E имеет невысокий TDP (thermal design power или требования к системе охлаждения процессора), составляющий 35 Вт. Компания Cincoze предлагает множество различных процессоров, в том числе несколько с гораздо более высокими значениями TDP (65 и даже 80 Вт). Сможет ли пассивное охлаждение GM-1000 справиться с такой задачей?

Скорее всего, но мы не знаем. Но тепловая мощность, скажем, 80-ваттного 8-ядерного/16-потокового процессора Xeon E-2278GE достаточно велика, поэтому Cincoze предлагает внешний блок с четырьмя вентиляторами, который крепится к верхней части GM-1000. Ниже представлено тепловое изображение, сделанное на тепловизор FLIR One Pro. На нем изображен работающий компьютер GM-1000 с четырьмя вентиляторами. Температура не достигает и 27°C.

Производительность, адаптируемая под конкретные задачи

Когда компания Cincoze обратилась к команде RuggedPCReview, они спросили, какую конфигурацию компьютера GM-1000 специалисты хотят протестировать. Инженеры запросили прислать самую быструю, производительную, максимально полную конфигурацию. Изначально так и должно было быть, но процессор Xeon был недоступен, поэтому в результате они получили для обзора лучшее из доступных устройств. Восьмиядерный/восьмипотоковый процессор Intel Core i7-9700TE был представлен летом 2019 года и официально стал частью семейства Intel 9-го поколения Coffee Lake-Refresh.

Помимо того, что компания Cincoze предлагает несколько процессоров Xeon (один из них - Xeon E-2278GEL), они используют различные процессоры Intel Core и другие процессоры с TDP 35 и 65 Вт. Эти процессоры превышают максимальную мощность 15 Вт, стандартную для современных защищенных мобильных ноутбуков и планшетов, но в целом 35 Вт не создают высокой тепловой нагрузки и подходят для безвентиляторного охлаждения.

Чтобы получить представление о производительности Cincoze GM-1000, мы использовали два стандартных бенчмарка - PassMark (версии 6.1 и 9.0) и CrystalMark. Для сравнения мы приводим результаты тестирования компьютера OnLogic Karbon 700, компактного компьютера Karbon 300, а также мощного промышленного компьютера ARBOR.

Результаты и сравнение для компьютера Cincoze GM-1000

Полученные данные показывают:

• Во-первых, восьмиядерный процессор 9-го поколения Intel Core i7-9700TE компьютера Cincoze GM-1000 отличается исключительной производительностью, поэтому эффективность этой системы намного выше, чем у любой из защищенных мобильных устройств, протестированных командой сайта RuggedPCReview.com. Кроме того, компьютер GM-1000 смог превзойти модель Karbon 700 с процессором Xeon, в первую очередь благодаря возможностям оперативной памяти. Для безвентиляторного промышленного компьютера это большое достижение, которое доказывает, насколько тщательный подбор передовых высококачественных компонентов может повлиять на работу системы.
• Во-вторых, каким бы быстрым не был процессор Intel Core i7-9700TE, это не самый быстрый из предлагаемых компанией Cincoze процессоров для GM-1000. Два доступных процессора Xeon, 65-ваттный Core i7-9700E и 65-ваттный Core i7-9500E, будут работать быстрее, хотя и с более высоким TDP.
• И, в-третьих, широкий выбор процессоров для устройств компании Cinсoze еще раз показывает, как важно выбирать не по самой низкой цене, а по характеристикам процессора, подходящего для конкретной задачи. Это может быть и самый экономичный, и самый дорогой процессор.

Следует также отметить, что мы проводили тестирование как с дополнительным активным вентиляторным охлаждением, так и без него. Статистически значимых различий не наблюдалось. Это означает, что при использовании процессора с TDP 35 Вт, устройству в большинстве решений не понадобится вентилятор. Ознакомьтесь с таблицей ниже, чтобы принять правильное решение. В ней сравниваются все процессоры 9-го поколения, доступные для Cincoze GM-1000.

Варианты процессоров 9-го поколения Intel Coffee Lake-R для компьютера Cincoze GM-1000

В некоторых приложениях особое значение могут иметь четыре специальные технологии Intel (vPro, TSX-NI, SIPP и Trusted Execution), которые есть в нескольких доступных процессорах:

• Дополнительные возможности технологии vPro по эффективному управлению и обеспечению безопасности особенно важны для корпоративных пользователей.
• TSX-NI (Transactional Synchronization Extensions New Instructions или расширения транзакционной синхронизации) ускоряет выполнение многопоточного программного обеспечения за счет улучшенного исключения блокировок.
• Программа SIPP (Stable Image Platform Program) гарантирует отсутствие изменений аппаратного обеспечения в течение как минимум 15 месяцев.
• Технология Trusted Execution обеспечивает такие возможности безопасности, как измеряемый запуск и защищенное выполнение, что также требуется на предприятиях.

«Относительная стоимость процессора» означает, что если компания Intel устанавливает цену 1X долларов для низкопроизводительных процессоров, доступных для Cincoze GM-1000, то для высокопроизводительных процессоров она устанавливает цену в четыре раза выше. Это, конечно, влияет на общую стоимость системы.

Обратите внимание, что в таблице выше мы указали только доступные для компьютера GM-1000 процессоры 9-го поколения Intel Coffee Lake-R. Также предлагается около десятка процессоров 8-го поколения, начиная с мощных процессоров для рабочих станций Xeon и заканчивая недорогими процессорами Pentium и Celeron G-серии.

Промышленная защита

Промышленные компьютеры, такие как Cincoze GM-1000, подвергаются воздействию экстремальных температур, ударов, вибраций и попадания загрязняющих твердых частиц. Поскольку это не мобильные устройства, то защита от падений и класс прочности IP (герметизация от попадания твердых и жидких частиц), которые в некоторой степени определяют надежность, по сути, не важны. Тем не менее, ударопрочность и виброустойчивость имеют очень важное значение, поэтому компьютер протестирован согласно стандартам IEC 60068- 2-27 и IEC 60068-2-64. Диапазон рабочих температур варьируется от -40°C до 70°C в зависимости от процессора и способа охлаждения.

Компания Cincoze строго соблюдает основные правила проектирования для данного типа и категории устройств, в том числе использует цельный корпус, систему без кабелей и переходников, а также встроенные средства защиты от вибраций. Кроме того, для обеспечения стабильной и надежной работы устройство соответствует стандартам для подвижного состава EN 50121-3-2 (EN 50155), E-Mark и EN62368-1. Именно поэтому устройство имеет безвентиляторное исполнение, защиту от электростатического разряда и помех медицинского класса, а также поддерживает широкий диапазон входного напряжения 9-48 В DC.

Для обеспечения прочности также необходимы надежные варианты монтажа. Модель GM-1000 поставляется с 75- и 100-мм креплениями VESA и опционально набором для бокового крепления и крепления на DIN-рейку. Устройство защищено от обратной полярности, электростатического разряда и перенапряжения, повышения напряжения, перегрузки по току и по напряжению, а также имеет ионистор, так что разрядившаяся CMOS-батарея не будет проблемой.

Быстрая система хранения данных

С точки зрения хранения больших объемов данных, компьютер Cincoze GM-1000 значительно превосходит другие модели, поскольку в нем используется технология PCIe NVMe вместо или в дополнение к устаревшей более медленной технологии хранения данных SATA. Чтобы объяснить, в чем заключается его преимущество, вернемся немного назад. В течение десятилетий жесткие диски были почти единственным средством хранения данных. Жесткий диск – это сложное устройство с вращающимися магнитными дисками и хрупкой считывающей головкой. Износ, удары и вибрации являются большой проблемой для жестких дисков. Именно поэтому во многих (или почти во всех) системах на смену жестким дискам пришли более быстрые и надежные твердотельные накопители SSD.

Однако у SSD тоже есть минусы. С точки зрения производительности, в течение некоторого времени недостатком был интерфейс SATA для подключения модуля хранения данных и компьютера. Интерфейс SATA существует уже полтора десятилетия, и его скорость передачи данных практически достигла максимума.

Пропускная способность стандарта PCIe, с другой стороны, в несколько раз выше, в зависимости от того, какой PCIe-стандарт используется и сколько «линий» доступно. Кроме того, для использования PCIe не нужно вносить больших изменений. Стандартный разъем M.2 поддерживает как SATA, так и PCIe, а размер модулей памяти PCIe такой же, как и у модулей SATA.

Компьютер Cincoze GM-1000

Модель GM-1000 от компании Cincoze — это поразительно универсальная промышленная система размером чуть больше iPad. Тем не менее, несмотря на свой очень компактный размер, GM-1000 обладает огромными возможностями расширения и может быть оснащен как минимум 20 процессорами Intel 8-го и 9-го поколения Xeon, Core, Pentium и Celeron на ваш выбор.

Компьютер GM-1000 имеет большое количество встроенных средств проводной связи, что позволяет использовать его практически в любых областях применения, а также поддерживает интерфейс Combined Multiple I/O и функцию контроля зажигания для использования в автомобилях. Он отличается большим количеством устройств хранения данных, начиная от двух 2,5-дюймовых жестких дисков SATA или SDD, и заканчивая несколькими разъемами mSATA и NVME SSD. Благодаря встроенному расширению MXM для графических процессоров, GM-1000 подходит для любых приложений машинного зрения и похожих приложений для распознавания и обработки графики. Большое впечатление производит подробная документация и руководство по эксплуатации.

Характеристики Cincoze GM-1000:

Устройство - Высокопроизводительный GPU-компьютер для граничных вычислений.

Процессор - Xeon E-2278GE: 8 ядер/16 потоков; Xeon E-2278GEL: 8 ядер/16 потоков Core i7-8700E: 8 ядер/8 потоков; Core i5-8500E: 6 ядер /6 потоков; Core i3-8100E: 4 ядра/4 потока Core i7-8700E: 8 ядер /8 потоков; Core i5-8500E: 6 ядер/6 потоков; Core i3-8100E: 4 ядра/4 потока.

Тактовая частота процессора - Xeon E-2278GE: 3.30 ГГц по умолчанию/4.70 ГГц максимальная; Xeon E-2278GEL: 2.00 ГГц по умолчанию/3.90 ГГц максимальная; Core i7-8700E: 2.80 ГГц по умолчанию/3.80 ГГц максимальная; Core i5-8500E: 2.20 ГГц по умолчанию/3.60 ГГц максимальная; Core i3-8100E: 2.20 ГГц по умолчанию/3.20 ГГц максимальная; Core i7-8700E: 2.60 ГГц по умолчанию/4.40 ГГц максимальная; Core i5-8500E: 3.00 ГГц по умолчанию/4.20 ГГц максимальная; Core i3-8100E: 3.10 ГГц по умолчанию/3.70 ГГц максимальная.

Графический процессор - Xeon E-2278GE: Intel UHD Graphics 630; Xeon E-2278GEL: Intel UHD Graphics 630; Core i7-8700E: Intel UHD Graphics 630; Core i5-8500E: Intel UHD Graphics 630; Core i3-8100E: Intel UHD Graphics 630; Core i7-8700E: Intel UHD Graphics 630; Core i5-8500E: Intel UHD Graphics 630; Core i3-8100E: Intel UHD Graphics 630.

Дополнительный графический GPU-модуль MXM - Nvidia Quadro P2000 или AMD Radeon E9174.

ОС - Windows 10, Linux.

Память - DDR4-2666/2400 ГГц LPDDR4 до 64 Гб, два разъема SO-DIMM.

Сторожевой таймер - Программируемый, от 1 до 255 с.

Графический интерфейс - Поддержка трех независимых дисплеев (DVI-I/DisplayPort/HDMI); зависит от конфигурации.

LAN - 3 x GbE LAN (2 PoE опционально), Intel I210IT GbE LAN controller 2 x GbE LAN (Intel I219-LM и Intel I210-IT; поддержка WoL, Teaming, Jumbo Frame и PXE).

Возможности расширения - 1 x mPCIe, 1 x mPCIe/mSATA, 1 x M.2 2230, 1 x M.2 2230/60/80, 1 x M.2 2280, 1 x PCIe, 1 x высокоскоростной интерфейс CMI, 1x низкоскоростной интерфейс CMI, 1 x интерфейс CFM IGN, 1 x MXM интерфейс на несущей плате для MXM GPU-модулей, 1 x разъем PCIe x2 M.2 Key E 2230, 3 x полноразмерных разъема Mini-PCIe, 2 x разъема для SIM-карт.

Запоминающие устройства - 2 x SATA III (6 Гбит/с) накопителя 2.5" HDD/SSD на передней панели (до 15 мм в высоту) 3 x разъема mSATA (с разъемом Mini-PCIe), поддержка RAID 0, 1, 5 и 10, 1 x разъем PCIe x4 M.2 Key M 2280, поддержка NVMe SSD.

Корпус/монтаж - Стальной корпус с алюминиевым радиатором, медные тепловые трубки, монтаж на стену/DIN-рейку/боковую поверхность, 75 мм/100 мм VESA.

Вибрации - Стандарт MIL-STD-810G, метод 514.6, категория 4, грузопассажирские перевозки, в течение часа для каждой оси, 3 оси.

Удары - Стандарт MIL-STD-810G, метод 516.6, 40 g, 11 мс, полу синусоида, 3 удара по каждой оси, 3 оси, во включенном состоянии.

Влажность - 10% ~ 95%.

Сертификаты - 2011/65/EU (RoHS 2 Directive), CE, EN 55024, EN 55032, EN 62368-1, FCC 47 CFR Part 15, IEC 60068-2-27, IEC 60068-2-64.

Температура эксплуатации - От -40°F до 104-158°F (от -40°C до 40-70°C) в зависимости от TDP процессора и типа охлаждения.

USB - 4 x USB 3.2 gen1 (5 Гбит/с) Type-A, 4 x USB 3.2 gen2 (10 Гбит/с ).

Последовательный порт - 4 x RS232/422/485.

Цифровой ввод/вывод - Опционально.

CAN Bus - Опционально.

Аудио - 1 x Line-out и 1 x Mic-in, Phone Jack 3.5 мм.

Габариты - 260 x 200 x 85 мм.

Вес - 5.4 кг (включая четыре вентилятора).

Питание - От 9 до 48 В DC с общей мощностью 360 Вт.

Сертификаты - EMC: CE/FCC Class A, EN 50121-3-2, E-mark; Безопасность: LVD (EN62368-1).

Компания «Ниеншанц-Автоматика» является официальным дистрибьютером Cincoze на территории Российской Федерации, и представляет всю линейку оборудования этого производителя, осуществляет информационную, техническую и сервисную поддержку. Все оборудование имеет необходимые сертификаты и проверено годами работы на ведущих российских предприятиях.

#железо_и_технологии