探索边缘运算：从核心原理到关键的边缘运算电脑

边缘运算（Edge Computing）是一种分布式的运算架构，允许在数据产生的源头进行快速的分析和处理，以确保实时快速的响应。这与过去数据完全依赖于云端或数据中心的集中式运算策略形成鲜明对比。随着 AI 技术的兴起和智能装置的普及，数据的规模和复杂度都在急剧增加。尤其在智能仓储、视觉导向的制造流程，或是智能城市的交通管理等领域中，数据传输的需求经常超越网络的传输能力。再加上工业电脑、摄影机、行动终端、传感器，以及各式物联网（IoT）装置的技术日益进步，使得数据产生和收集的速率持续攀升。因此，仅依赖数据中心的策略已无法满足现有需求，边缘运算不仅成为了一种趋势，更是优选的解决方案。

典型的边缘运算架构可分为：数据搜集的（装置层 Device Layer）、实时数据处理的（边缘层 Edge Layer）、负责安全储存及深度分析的云端层（Cloud Layer）。

• 装置层 Device Layer ：「装置层」涵盖了各类型的 IoT 装置，每个装置都透过内置的传感器来收集、监测数据。例如，医院的仪器专注于监测患者的生命征象，或是自动驾驶汽车搜集路况或是其他车辆的动态数据。
• 边缘层 Edge Layer ：作为边缘运算的核心，「边缘层」贴近数据产生的位置，且其分布比传统云端服务器更广泛。能够执行数据实时处理和分析，大幅降低延迟。若数据需要更深度的分析，则会将信息上传到「云端层」进行进一步的分析。
• 云端层 Cloud Layer ：虽然边缘运算是在解决云端运算的瓶颈和延迟问题，但在完整的边缘运算架构中，云端运算和边缘运算是相辅相成的。当「边缘层」认为部分数据需要更详尽的分析，则会将这些数据传送至「云端层」，以进行更深层的运算与储存。

1. 快速响应与效率提升
   高度依赖自动化的产业如工厂生产线中，实时的数据传输和处理至关重要。当一台机器出现异常时，能通过实时监控并采取应对措施，将大幅降低了生产中断及潜在的风险。
2. 强化数据安全性
   边缘运算使大部分数据都在现场端处理和储存，必要的数据也会加密后传回数据中心，以确保数据的安全性。
3. 生产力的飞跃
   企业透过实时数据回馈，将有提高营运效率。加上人工智能和机器学习的结合，边缘运算可以深度分析业务数据，帮助企业找出需要改进的地方并做出快速决策。
4. 远端数据收集
   在网络联机不稳定或带宽有限的偏僻地区，例如海上油田或船舶，传统的数据收集方式经常遇到困难。利用边缘运算可直接在这些偏远地点建立运算及储存能力，确保数据的顺利采集与传输。
5. 成本优化
   传输大量数据不但消耗大量带宽，且伴随着相对较高的建置成本。而边缘运算架构，可选择性的传输重要的核心资料，将降低整体建置支出。

作为「边缘层」的关键核心之一，边缘运算电脑主要负责处理、分析「装置层」所搜集到的资料。为了更快速且稳健的执行任务，边缘运算电脑通常需要具备以下特性：

• 高度耐用性
  由于边缘运算电脑的位置紧邻「装置层」，必须在变化多端的严苛环境下持续展现高度的可靠性。尤其当这些装置处于极端气候或严苛环境时，支持宽温变得尤为重要。无风扇的设计确保了即使在污染、灰尘或潮湿的环境中，也能维持其运作的稳定性。同时，面对高震动环境运作时，具有耐冲击和震动能力也是必要条件。
• 特出的效能需求
  边缘运算电脑需能分析且储存来自「装置层」的数据，效能是关键因素。随着 AI 技术的快速演进，我们面临到更复杂的数据分析挑战。为了满足如此需求，边缘 AI 运算电脑应运而生。除了可支持多核心的CPU外，还特别搭载了专为大量实时图像处理而设计的GPU。
• 丰富的 I/O、传输及储存
  为了确保与各式装置的紧密连接，边缘运算电脑配备了多元化的 I/O 接口。在传输方面，除了有线传输外，也提供了多款无线传输选项，如 WIFI、4G、5G、GNSS、蓝牙等，以确保在各场域下的顺畅连接。同时，面对「装置层」所收集的庞大数据量，边缘运算电脑也支持大容量或高速的储存。
• 完善的工业级防护
  边缘运算电脑往往被设置在多种特定场域中，例如偏远或环境苛刻的地方。因此，具备工业级的防护功能变得至关重要。如宽压、静电防护、浪涌保护及 EMC 保护，确保在多种条件下都能高效、稳定的运作。
• 灵活的安装选项
  考虑到边缘运算电脑经常部署于空间受限或特定地点，提供多样化的安装选项是必须的。无论是壁挂安装、VSEA 安装、导轨安装或平面安装，都为用户提供了多重部署的选择，满足不同的应用需求。

• 制造
  • X 光检测系统
    X 光检测成为非破坏性、高精度和高效率的选择。在汽车、航天、电子等工业领域中，扮演着关键的质量检测角色。欧洲 X 光检测制造商，选择德承 DS-1302 工业电脑，作为其 X 光自动化质量管理检测系统的核心平台。
  • 蔬果分检系统
    透过自动化流程，能够取代人工判断，对于降低错误率与加速工作效率有显著效果。欧洲食品机器制造商，选择使用德承 DS-1002 工业电脑并结合影像识别技术，进一步提升蔬果的分拣质量与效率。
  • 智能纺纱系统
    智能自动化的纺纱系统融合了传感器技术和边缘数据采集能力，并通过云端控制中心来统一管理生产流程以实现了智能监控、能源管理，还具备预测性维护的功能。欧洲知名纺纱制造商，整合德承 P2102E 于机器设备中，配合自研软件，达成远程自动化管理和高效生产。


• 交通
  • 自动化轨道检测车
    轨道的安全性对于列车运行至关重要。唯有定期的检测和监控，才能确保列车的安全运行。欧洲铁路系统工程公司在自动化轨道检测车上安装德承 GP-3000，来识别和评估轨道上的任何缺陷。
  • 无人采矿车
    环境严苛且具高度危险性的矿业，唯有导入智能化的自动驾驶采矿车，能连续 24/7 运行以提高生产力。美国无人驾驶采矿车制造商选择德承 DI-1000 嵌入式电脑，确保车辆的自主运作和远程监测。
  • 智慧警车
    智慧警车是智慧城市中维护安全的重要力量。连接城市数据中心，为交通管理和紧急应对提供支持。透过车牌识别则可快速察觉赃车或有问题的车辆，以打击犯罪行为。欧洲军事设备商在警车中安装德承 DX-1100 工业电脑，进行车牌辨识和监控，增强警方效率。


• 能源
  • 海上自动钻油机
    在海上或偏远地域的石油和天然气开采站，实时数据监控和远程管理成为营运的关键。为了确保准确获取实时数据和设备监控，德承的东欧客户选用了高亮度且高效能的 CS-115/P2102E 工业平板电脑，让其成为海上钻油边缘运算的核心力量。
  • 物联网网关
    能源互联网整合可再生能源节点与电网，达到更高的能源效益和管理。不仅收集分散各地的能源数据，透过大数据分析，调整电力分配。为了落实这一目标，欧洲的能源公司选择使用德承 DC-1200 作为物联网网关，监控其太阳能系统，深入分析数据并进行预测性维护。
  • 油田监控系统
    为了防范石油遭窃或蓄意设备破坏，为偏远的油田建立监控系统至关重要。德承的美国客户专为多种产业提供太阳能监控方案，运用无线传输执行实时监控和快速警示。选用德承 DI-1000 作为边缘运算核心，保障了远程监控的流畅与稳定性。