面向不斷增長的工業(yè)箱式PC市場的開放、靈活的標(biāo)準(zhǔn)

工業(yè)箱式PC是世界上最常見的電子系統(tǒng)之一。在幾乎所有利用電子產(chǎn)品的惡劣環(huán)境或重工業(yè)用例中，您都可能在附近找到一臺(tái)工業(yè)箱式 PC。隨著DIN導(dǎo)軌安裝盒式IPC正在成為希望將企業(yè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到互聯(lián)工廠和制造環(huán)境的公司的首選解決方案，它們的受歡迎程度正在增長。

工業(yè)箱式 PC 或箱式 IPC 是一種緊湊的無風(fēng)扇工業(yè)計(jì)算機(jī)，通常結(jié)構(gòu)緊湊，專為目標(biāo)應(yīng)用的特定要求而設(shè)計(jì)。其性能、I/O、熱管理、外殼甚至外形尺寸都可以在最終產(chǎn)品以中小批量生產(chǎn)之前進(jìn)行定制。部署它們的一種方法是在DIN導(dǎo)軌上，它允許將一個(gè)或多個(gè)箱式IPC安裝在機(jī)架/機(jī)柜或墻壁上，可能靠近它們管理的數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)。

將它們標(biāo)志性的多功能性放在一邊，令人驚訝的是，鑒于對該技術(shù)的絕對需求，沒有針對盒式 IPC 的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這樣做將降低設(shè)備制造商和最終用戶的成本。而且，如果架構(gòu)正確，標(biāo)準(zhǔn)可以滿足多個(gè)細(xì)分市場的需求，同時(shí)允許根據(jù)特定用例修改硬件。

認(rèn)識(shí)到這一市場需求，PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商集團(tuán)（PICMG）的15家成員公司最近開始進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作，以創(chuàng)建一個(gè)開放的工業(yè)盒式PC規(guī)范，以檢查上述所有框。

這項(xiàng)工作的目標(biāo)是ModBlox7?開放式模塊化工業(yè)箱式PC行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

ModBlox7 規(guī)范計(jì)劃于 2023 年第一季度批準(zhǔn)，其名稱來源于混合搭配每個(gè) 7HP 寬的固定高度、固定深度“塊”的能力。ModBlox7 定義了三種類型的單元——CPU 單元、電源單元和 I/O 單元——它們通過標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部 PCIe Gen 2、3、4 或 USB 接口連接在最多 12 個(gè)總塊的鏈中，形成開放的高性能工業(yè)箱式 PC。

規(guī)范草案要求每個(gè)單獨(dú)的單元包含一個(gè)前板和用于內(nèi)部傳導(dǎo)冷卻的空間，以及電源和數(shù)據(jù)連接器。目前，這些代表如下：

8針2.00毫米Samtec UMP（C）X（或兼容）堅(jiān)固耐用的電源連接器

ept GmbH Zero8 405/6-51080-51（或兼容）彎角板對板連接器，能夠以高達(dá) 16 Gbps 的數(shù)據(jù)速率傳輸 USB 和 PCIe 信號

在每個(gè) ModBlox7 模塊上安裝這些堅(jiān)固的 COTS 連接器，無需使用傳統(tǒng)背板，但允許 CPU 和電源單元連接到多達(dá) 4 個(gè)基于 PCIe 的 I/O 模塊或多達(dá) 8 個(gè) USB I/O 模塊。對于安全或可靠性用例，還支持冗余配置。

圖3.ModBlox7 工業(yè)箱式 PC 系統(tǒng)包括通過 COTS 電源和板對板 PCB 連接器連接的 CPU、PSU 和 I/O 單元，用于傳輸 PCIe 或 USB 數(shù)據(jù)信號。還支持冗余體系結(jié)構(gòu)。

除了規(guī)范中描述的內(nèi)容外，ModBlox I/O 單元還可以根據(jù)運(yùn)輸、自動(dòng)化、軍事、醫(yī)療和其他垂直市場的特定應(yīng)用連接要求進(jìn)行定制。例如，模擬、數(shù)字或串行 I/O;LTE 或 Wi-Fi 接口;用于連接到火車骨干的 MVBus;更多都可以通過 I/O 單元前板帶出。

由于提議的標(biāo)準(zhǔn)是開放和模塊化的，因此以后只需插入即可添加、刪除或替換此特定于應(yīng)用程序的功能。

通過開放方法標(biāo)準(zhǔn)化定制工業(yè)箱式電腦

PICMG成員希望通過ModBlox7技術(shù)支持廣泛的用例，這使得開放性成為規(guī)范可行性的關(guān)鍵。從 CPU 的角度來看，這是通過處理器不可知論實(shí)現(xiàn)的，該不可知論僅受主機(jī) CPU 的功率和散熱配置文件及其對 PCIe 和 USB 接口的支持的限制。

這種低門檻意味著可以采用數(shù)千個(gè)Arm，x86和其他嵌入式處理器和微控制器，以幫助OEM將ModBlox7系統(tǒng)推向更高的性能或更低的成本。由于 PCIe 和 USB 接口是絕大多數(shù)嵌入式處理器的標(biāo)準(zhǔn)配置，因此在大多數(shù)情況下不需要專門的驅(qū)動(dòng)程序或軟件支持。

雖然處理器的選擇將決定 CPU 單元的功耗，但為 I/O 模塊定義的最大功率為 75W。為了確保系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量得到充分消散，ModBlox7規(guī)范計(jì)劃在每個(gè)模塊內(nèi)以可選散熱器的形式為被動(dòng)熱管理技術(shù)分配空間。雖然該規(guī)范目前不會(huì)定義明確的熱管理技術(shù)，但配置一種技術(shù)可確保兼容 ModBlox7 的模塊和箱式 PC 之間的機(jī)電兼容性。

圖5.ModBlox7規(guī)范定義了可選散熱器的空間。

同樣，還概述了一個(gè)機(jī)箱，以幫助保持 CPU、PSU 和 I/O 單元之間的機(jī)械一致性。但是，外殼的主要重點(diǎn)是為內(nèi)部 ModBlox7 塊組件保留空間，并保證連接器的牢固物理配接。目前，該規(guī)范要求外殼是兩個(gè)側(cè)壁，一個(gè)不識(shí)別外部連接器的前面板，以及類似擠壓U型外殼的東西。

圖6.ModBlox7規(guī)范定義了一個(gè)非常開放的機(jī)械外殼，簡化了采購，同時(shí)為定制留出了空間。

事實(shí)上，規(guī)范草案也沒有為可能的 ModBlox7 安裝選項(xiàng)定義適配器，只是可以安裝它。這意味著未來的 ModBlox7 用戶將能夠從目錄供應(yīng)商處訂購可插入 3U 機(jī)架安裝系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)外殼，或者采購自己的定制外殼，這些外殼可以輕松符合標(biāo)準(zhǔn)。

在配置和安裝選項(xiàng)方面，ModBlox7系統(tǒng)現(xiàn)在所需要的只是CPU和電源單元（可以并置在同一塊中），因?yàn)镃PU塊本質(zhì)上將包含一些I / O自己的I / O。如前所述，這些可以與各種I / O模塊配置結(jié)合使用，以擴(kuò)展ModBlox7工業(yè)箱式PC，以包括多達(dá)12個(gè)菊花鏈模塊，運(yùn)行時(shí)間長達(dá)84HP。

部署后，ModBlox7 模塊將能夠根據(jù)操作環(huán)境安裝在墻壁、19 英寸機(jī)架或 DIN 導(dǎo)軌上。由于前面描述的整體外殼，更改安裝配置不會(huì)影響盒子設(shè)計(jì)本身，而只會(huì)影響安裝機(jī)制。

圖7.ModBlox7 工業(yè)箱式 PC 可以安裝在墻壁、DIN 導(dǎo)軌或 19 英寸機(jī)架或機(jī)柜中。

通過標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展工業(yè)計(jì)算

由于工業(yè) PC 市場的價(jià)值已經(jīng)超過 45 億美元，因此對可擴(kuò)展性的需求是顯而易見的。然而，迄今為止，工業(yè)箱式PC的成功取決于制造商根據(jù)客戶的確切需求定制解決方案的能力 - 這一事實(shí)在任何標(biāo)準(zhǔn)化工作中都不能丟失。

ModBlox7將通過強(qiáng)調(diào)規(guī)范中的簡單性，互操作性和可擴(kuò)展性，允許利益相關(guān)者按照他們認(rèn)為合適的方式使用或保留功能，為這一挑戰(zhàn)帶來定義和開放性的優(yōu)雅融合。其模塊化架構(gòu)將允許系統(tǒng)集成商通過選擇CPU、擴(kuò)展或限制I/O單元的數(shù)量、修改機(jī)箱等來優(yōu)化和區(qū)分工業(yè)箱式PC解決方案。

換句話說，有史以來第一個(gè)工業(yè)箱式PC標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目滿足了與之前的硬件標(biāo)準(zhǔn)相同的需求：將設(shè)計(jì)中的非增值組件商品化，為供應(yīng)商創(chuàng)造機(jī)會(huì)，在這些商品框架之上豐富系統(tǒng)，并降低成本并增加最終用戶的選擇。

通過這樣做，PICMG ModBlox7有望加速運(yùn)輸，工業(yè)自動(dòng)化，軍事，醫(yī)療和其他市場，這些市場將從工業(yè)箱式PC可能是唯一選擇的地方的通信，控制和智能中受益。

審核編輯：郭婷