Module und Hypervisor helfen bei der Skalierung

Die meisten Firmen forcieren derzeit ihre Investitionen in das industrielle Internet of Things (IIoT). Ziele sind unter anderem Produktivitätssteigerung und Kostensenkungen sowie kürzere Rüstzeiten für das Ziel der Losgröße 1. Weitere Motive sind Monitoring-Lösungen für Predictive Maintenance und aus Sicht des Maschinen- und Anlagenbauers neue Geschäftsmodelle der Subscription Economy mit funktionsbasierter Lizensierung und Pay-per-Use-Angeboten. Mit der Einführung dieser Lösungen steigt der Datentraffic und der Bedarf an Rechenleistung vor Ort genauso, wie auch die Sicherheitsanforderungen. Außerdem benötigt die Smart Factory robust ausgelegte und deterministische Lösungen mit möglichst geringer Latenz. Diese Anforderungen können in kollaborativen Applikationen nur echtzeitfähige Edge-Server-Technologie decken, die Unternehmen in der Regel on-premises betreiben.

Raue Umgebungsbedingungen am Edge

Am industriellen Edge herrschen allerdings andere Umgebungsbedingungen als in Rechenzentren mit klimatisierten Serverräumen. Die Datencenter im industriellen Umfeld müssen Hitze und Feuchtigkeit wiederstehen; in der Umgebungsluft sind Stäube und Schmiermittelaerosole. Edge-Server müssen daher so robust ausgelegt werden, dass weder Temperatursprünge noch feuchte oder staubige Luft die Anwendung gefährden. Als Reaktion auf diese Anforderungen kommen immer mehr Serverprozessoren mit robusten Embedded Features auf den Markt.

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Sie haben einen BGA-Sockel und sind somit auflötbar, sodass sie Schock und Vibrationen widerstehen. Sie lassen sich in industriellen Temperaturbereichen von -40 °C bis +85 °C teils sogar lüfterlos betreiben. Die harschen Umgebungsbedingungen des industriellen Umfelds können ihnen deshalb kaum etwas anhaben. Weil Industrieunternehmen langfristig in ihre IIoT-Edge-Infrastruktur zur Kommunikation mit ihrer Operational Technologie (OT) investieren, bedarf es aber nicht nur robusterer sondern auch langzeitverfügbarer Servertechnologie. Dies spricht ebenfalls für Serverprozessoren der Embedded Roadmaps, denn sie erhalten von den Prozessorherstellern über 10 oder gar 15 Jahre Support und können damit auch mit den Standzeiten der Maschinen mithalten. Dies umso mehr, wenn die Edge-Systeme modular aufgebaut sind.

Modularität auf Hard- und Softwareebene

Kommen auf Boardlevel nämlich Server-on-Module Standards zum Einsatz, mit denen man die Performance unabhängig vom Prozessorsockel skalieren kann, können die Industrie 4.0 Edge Server bedarfsgerecht über Prozessorgenerationen und Hersteller hinweg skaliert werden. Dies ist ideal für das Performance-Balancing der jeweiligen Applikation. Es senkt aber auch immens die Kosten für eine Rundumerneuerung im Zuge der nächsten Generation, da nur noch das Modul getauscht werden muss. Für die Standardisierung solcher Server-on-Modules, auf denen die Embedded Serverprozessoren verfügbar werden, zeichnet die PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG) verantwortlich. Sie hostet die beiden Spezifikationen COM Express Type 7 und COM-HPC Server, die für industrielle Edge-Server-Prozessoren entwickelt wurden. Dies macht Kunden solcher Systeme unabhängig vom Modullieferanten, da es immer eine Second Source Lösung gibt.

Damit industrielle Edge-Server alle Funktionen integrieren können, die gefordert sind, reicht die Hardware-Modularität jedoch nicht aus. Sie müssen vielmehr auch Hypervisior-Technologie unterstützen und hier nicht nur irgendeinen Hypervisor, sondern einen, der die strengen Anforderungen für echtzeitfähige virtuelle Maschinen erfüllt. Erst damit wird das notwendige Werkzeug für die Entwicklung anwendungsoptimierter Rugged Fogs komplett, denn alles kann man nun mal nicht mit Containern lösen, die man oberhalb des Betriebssystems als Host installiert.

Die Kombination aus modularer Embedded Hardware und Virtuellen Maschinen ermöglicht so letztlich das optimale Performance-Balancing, um Steuerungen mit Vision, KI, VR, AR, Big Data Analytics auf einem einzigen Edge-Server konsolidieren zu können und gleichzeitig auch noch IoT Gateway- und Sicherheitsfunktionen zu implementieren, die ebenfalls in Echtzeit den Traffic auf Anomalien hin untersuchen können. Letzteres ist ein nicht unwesentlicher Punkt, denn schließlich steigt mit zunehmender Digitalisierung auch die Gefahr von Datenspionage und Datendiebstahl. Denn Daten sind das Öl der Gegenwart und Zukunft.

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