Solución Edge Computing para Aplicaciones de Datos Masivos e Inteligencia Artificial

En el artículo anterior, «Qué es Edge AI y cómo está revolucionando la Industria«, explorabamos en detalle el concepto de Edge AI, así como sus diversas aplicaciones y los tipos de hardware utilizados. En este caso, vamos a analizar en detalle la solución de Edge Computing que ofrece nuestro partner Kontron definiendo sus características principales que posibilitan desarrollar aplicaciones de IA con gestión masiva de datos. Al explorar esta solución, podremos entender mejor la tecnología de Edge Computing y cómo está cambiando la industria y ayudando a hacer más eficientes los procesos industriales.

¿Qué es Edge Computing?

El Edge Computing, también conocido como computación fronteriza o computación perimetral, es una arquitectura de procesamiento de datos que se basa en llevar el procesamiento y el almacenamiento de datos lo más cerca posible de la fuente de origen y/o consumo de dichos datos, en lugar de enviar todo a la nube o centros de datos remotos para su procesamiento.

Distribución desde el Edge al Cloud

Para prosperar en la economía acelerada de hoy, los fabricantes de equipos y sus clientes deben ofrecer soluciones Edge Computing de alto rendimiento que capturen, almacenen y transmitan rápidamente datos desde el punto de generación. Desde los gráficos y vídeos hasta la inteligencia artificial y la robótica, las aplicaciones intensivas en datos están revolucionando la forma en que se hace negocios.

Podemos tomar por ejemplo las tecnologías de atención médica moderna, como los sistemas de rayos X y resonancia magnética (MRI) que dependen del procesamiento de imágenes en tiempo casi real donde sea que se encuentren los hospitales y clínicas. O el aumento en el uso de la inteligencia artificial y la robótica en la automatización de la fabricación y almacenaje en todo el mundo. La demanda de Digital Signage también está aumentando, lo que requiere que los vídeos y gráficos intensivos en datos se transmitan las 24 horas del día y a menudo en entornos al aire libre como estadios y centros comerciales.

Los Desafíos del Edge Computing

Para mantener su ventaja competitiva, los fabricantes de equipos deben sacar nuevos productos al mercado cada vez más rápido. Esto requiere soluciones Edge Computing altamente flexibles y ampliables que puedan adaptarse a la gama completa de aplicaciones e industrias que sirven. También requiere que los fabricantes y los arquitectos de sistemas hagan frente a una serie de desafíos, incluyendo:

• La necesidad de más rendimiento computacional para admitir mayores cargas de trabajo en el edge.
• La creciente demanda de computación en tiempo real e inteligencia artificial en numerosas industrias.
• La necesidad de un rendimiento confiable en entornos difíciles y temperaturas extremas que van desde -40°C hasta 85°C.
• El avance en los requisitos de seguridad para proteger los sistemas, aplicaciones y datos contra malware y otras amenazas cibernéticas.

La solución de Kontron

La placa COM Express Basic Type 6 (COMe-bTL6) con procesadores Intel Core vPro de 11ª Gen e Intel Xeon W-11000E es ideal para los sistemas y aplicaciones más complejos y con alta intensidad de datos. Este módulo ofrece edge computing segura, de alta capacidad y durabilidad robusta, que es necesaria para llevar la potencia de cómputo directamente a manos de profesionales y consumidores. Los procesadores Intel Core vPro de 11ª Gen e Intel Xeon W-11000E amplían las capacidades de las placas base portadoras COM-HPC con hasta ocho núcleos de CPU, gráficos integrados y aceleración de IA, interfaces más rápidas, computación en tiempo real y soporte preparado para la seguridad funcional.

El módulo COM Express Basic Type 6 de Kontron

Cómo Funciona

El módulo COM Express Basic Type 6 permite Edge Computing de alto rendimiento con hasta 64 GB de memoria DDR4 (32 GB de memoria DDR4), soporte para Ethernet de 2.5 Gb y soporte para Time-Sensitive Networking (TSN), que ayuda a habilitar operaciones en tiempo real. También admite como opción una unidad de estado sólido de memoria no volátil (NVMe SSD). Es altamente configurable y  puede personalizarse fácilmente con nuevos componentes para abordar varios casos de uso, que incluyen:

• Automatización industrial
• Aplicaciones médicas
• Aviónica
• Transporte
• Digital Signage
• Gaming

Impulsando Aplicaciones Médicas

Desde máquinas de ultrasonido inteligentes hasta endoscopias y otros sistemas médicos, el módulo Kontron COM Express Basic Type 6 alimenta las pantallas de alta resolución y los sistemas impulsados por IA desplegados por los proveedores de atención médica. El procesamiento casi en tiempo real de imágenes médicas y aplicaciones de robótica en atención médica informa y acelera los diagnósticos y procedimientos para una atención más personalizada con el paciente. El alto rendimiento y ancho de banda habilitado por los procesadores de la 11ª gen. de Intel Core vPro y Intel Xeon W-11000E Series aceleran las aplicaciones intensivas en datos, permitiendo a los proveedores de atención médica alcanzar nuevos niveles de productividad y rentabilidad.

El módulo proporciona alto rendimiento a dispositivos médicos como ultrasonidos

Acelerando el Edge Computing

Como ya hemos comentado anterioremente, el módulo COM Express Basic Type 6 está impulsado por procesadores Intel Core de 11ª generación. Estos procesadores cuentan con importantes mejoras de rendimiento de generación en generación, incluyendo hasta un 32% de aumento en el rendimiento de un único proceso, hasta un 65% de aumento en el rendimiento de subprocesos múltiples  y hasta un 70% más rápido en rendimiento gráfico.

Estas ganancias, y especialmente el impulso en el rendimiento de múltiples subprocesos, aceleran significativamente el procesamiento para aplicaciones de inteligencia artificial, gráficos y otras aplicaciones intensivas en datos. Por ejemplo, en la industria de la salud, los gráficos mejorados ayudan a garantizar que los datos de imágenes médicas se muestren en las resoluciones más altas. En las aplicaciones del sector público, el acceso a datos de gráficos y vídeo en tiempo real informa de las operaciones y ayuda en la toma de decisiones críticas. Los sistemas de infotainment implementados en trenes y otras formas de transporte público también requieren procesamiento en tiempo real de gráficos y vídeo, a menudo en entornos de alto impacto que requieren resistencia, robustez y durabilidad.

Procesamiento de vídeo integrado y aceleración de IA.

Las extensiones vectoriales avanzadas de Intel 512 (Intel AVX-512), exclusivas de los procesadores Intel, aceleran las cargas de trabajo de IA para el análisis de imágenes, el procesamiento de audio/vídeo y la criptografía. Intel Deep Learning Boost (Intel DL Boost) amplia aún más Intel AVX-512 con un nuevo conjunto de instrucciones que aumenta el rendimiento de inferencia en tipos de datos de menor precisión, como los utilizados en cargas de trabajo para la clasificación de imágenes, el reconocimiento de voz y la detección de objetos.

Otras nuevas mejoras de rendimiento presentadas en los procesadores Intel Core vPro de 11a generación e Intel Xeon W-11000E Series incluyen:

• Tecnología Intel SuperFin de tercera generación de 10nm, hasta ocho núcleos de CPU y una frecuencia de hasta 4.7 GHz.
• Graphics UHD Intel con hasta 32 unidades de ejecución (EUs), 4x4K o 1x8K pantallas y hasta dos VDboxes.
• Cómputo coordinado en el tiempo de Intel (Intel TCC) y TSN para cómputo en tiempo real.
• Paquete de diseño esencial de seguridad funcional de Intel (Intel FSEDP) para facilitar la certificación de la plataforma.
• SKUs industriales con temperatura incrustada y extendida clasificadas.
• Thunderbolt 4/USB4 integrado, 20 carriles de PCIe Gen 4.0, Intel Wi-Fi 6E/Bluetooth 5.2 discreto.
• Seguridad basada en hardware con Intel Total Memory Encryption (Intel TME) y administración de dispositivos con Intel vPro.
• Soporte para las herramientas Intel oneAPI Toolkits, Intel Distribution of OpenVINO(tm) Toolkit y Intel TCC.
• Soporte para sistemas operativos comerciales y de código abierto, sistemas operativos en tiempo real y hipervisores.

Apoyo a aplicaciones en tiempo real

Intel TCC ayuda a habilitar TSN y casos de uso cercanos a tiempo real, proporcionando herramientas, bibliotecas y API que simplifican la sincronización en tiempo real para sistemas propietarios y de código abierto. Los sistemas operativos y los hipervisores en tiempo real compatibles incluyen ACRN, Wind River VxWorks y Real-Time Systems. Con Intel TCC, los OEM y los arquitectos de sistemas pueden implementar el módulo Kontron COM Express Basic Type 6 en aplicaciones de logística, fabricación y otras aplicaciones sensibles al tiempo para ayudar a racionalizar el funcionamiento de múltiples dispositivos.

Documentación de soporte para aplicaciones de seguridad funcional (FuSa)

Para sistemas y aplicaciones que deben cumplir con los estándares FuSa, el módulo COM Express Basic Type 6 utiliza el Paquete de Diseño Esencial de Seguridad Funcional de Intel (Intel FSEDP) para proporcionar la documentación técnica necesaria para acelerar tanto el desarrollo como la certificación de aplicaciones de seguridad funcional.

Capas de Seguridad Avanzada

Muchas de las soluciones IoT actuales capturan datos sensibles de consumidores, empresas y sectores públicos, y están sujetas a protocolos y regulaciones de seguridad muy rigurosos. Los procesadores Intel Core vPro de 11ª generación e Intel Xeon W-11000E Series cumplen con estas altas exigencias al ofrecer funciones de seguridad habilitadas por hardware que ayudan a proteger los datos hasta el nivel de chip:

• Intel Total Memory Encryption (Intel TME) permite el cifrado completo de la memoria física. Esto ayuda a defenderse contra ataques a nivel de hardware, como el cold boot, el freeze spray o extracción de DIMM.
• Intel Boot Guard y la Tecnología de Ejecución de Confianza de Intel (Intel TXT) ayudan a realizar un arranque seguro y proporcionan la base para la seguridad informática.
• Intel Key Locker ayuda a proteger las claves cifradas y las operaciones de encriptado /desencriptado.

Simplificación del Ciclo de Desarrollo

Con el módulo Kontron COM Express Basic Type 6, se simplifican los procesos de desarrollo de productos, ya que Kontron ya ha completado el trabajo de ingeniería inicial. Esto significa que los desarrolladores pueden concentrarse en realizar sus aplicaciones en lugar de tener que enfrentarse a problemas de diseño de CPU que pueden no ser su competencia principal. Además, aborda otros problemas importantes de soporte de software, como:

• Asistencia con migraciones de sistemas operativos y desarrollo de controladores de sistema operativo en tiempo real al cambiar de Windows a Linux.
• Implementación de aplicaciones de análisis de aprendizaje automático de Microsoft Azure y Servicios Cognitivos de Microsoft con proveedores de soluciones en la nube que son socios de Microsoft Azure.
• Integración de procesos comerciales con sistemas de planificación de recursos empresariales (ERP) a través de proveedores integrados que también pueden proporcionar, por ejemplo, experiencia en socios de SAP S/4HANA cloud.

Diseño y servicios personalizados

Además del módulo se ofrece una amplia gama de servicios de diseño complementarios. Desde la adaptación de BIOS y software hasta el diseño mecánico y de la placa portadora, es importante proporcionar los servicios necesarios para personalizar el hardware y trasladar las innovaciones al mercado más rapidamente. Los servicios de Kontron incluyen:

• Capacitación y documentación completa de las muestras y soporte para resolver cualquier duda.
• Servicios de acompañamiento que permiten poner a prueba los diseños, con el fin de eliminar errores incluso antes de que se produzca el primer prototipo.
• Servicios de depuración y medidas de cumplimiento de la normativa de las carriers para interfaces de alta velocidad como PCIe o USB 3.1 Gen 2, ampliamente utilizados en prototipos.
• Soporte de diseño térmico para optimizar la refrigeración, incluyendo la RAM (esto es esencial porque al aumentar el rendimiento de las RAM se está convirtiendo en otro punto caliente del sistema).
• Soporte de implementación para el Módulo de plataforma confiable (TPM) y la licencia de chips.

Un equipo de ingenieros están disponibles para ayudar a gestionar configuraciones completas de la placa portadora, si es necesario, y para desarrollar implementaciones de sistemas específicas del cliente basadas en una amplia cartera de soluciones de sistemas estándar o en el uso exclusivo de cajas específicas del cliente. Los servicios de Kontron se extienden hasta las fases individuales de diseño de moldeo por inyección, lo que permite a los diseñadores avanzar con confianza en la producción en serie a un coste rentable y a gran escala.

Facilitando la Innovación

Con las nuevas aplicaciones intensivas en datos como IA, gráficos, robótica y otras que impulsan nuevos productos,  servicios y experiencias, ha aumentado enormemente la demanda de Edge Computing seguro y de alto rendimiento. El módulo COM Express Basic Type 6 aprovecha todo el rendimiento, robustez y seguridad de los procesadores Intel Core vPro de 11ª generación y la serie Intel Xeon W-11000E para satisfacer las necesidades de una economía global en constante evolución.

La capacidad de acelerar aplicaciones de datos masivos en el Edge significa que dispositivos y aplicaciones avanzados de IoT pueden ser implementados en cualquier lugar. Debido a que el módulo de Kontron está diseñado para una flexibilidad óptima y respaldado por los equipos de diseño de la compañía, los fabricantes y sus clientes tienen todos los niveles de soporte que necesitan para acelerar los ciclos de desarrollo de productos y llevarlos al mercado rápidamente. Juntos, Kontron e Intel están cumpliendo la promesa del Edge computing al llevar un rendimiento y seguridad de alta calidad a las aplicaciones de IoT más complejas.

Más información sobre Productos Embedded de Kontron

Kontron es nuestro partner proveedor de tecnología embedded con una cartera combinada de hardware, middleware y servicios seguros para aplicaciones para la Industria 4.0, el sector ferroviario, Internet de las cosas (IoT) entre otras.  Puedes consultar los productos Kontron en nuestra web.

Venco Electrónica es proveedor de soluciones para Electrónica Industrial en España y Portugal desde hace cuarenta años. Tenemos línea directa con los fabricantes que nos proporcionan información detallada y actualizada de todos sus productos.

Pregúntanos sin compromiso y nuestros especialistas te asesorarán con las mejores opciones para tu aplicación o proyecto.

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Este artículo es una traducción y adaptación del texto «Deploy Data-Rich Applications Anywhere with High Performance and AI at the Edge» disponible en la web de Kontron.