By Joe Lin, General Manager, Industrial Computing Solutions, NEXCOM

    複雜可視化處理逐步成為許多惡劣工業應用中不可或缺的一部分。工業生產線的自動光學檢測（automated optical inspection，AOI），石油煉製行業的紅外熱成像（infrared thermography，IRT），以及交通安全強化等都是通過圖像和視頻處理提高質量，提升效率
，加強安全的實例。惡劣環境下的圖像化處理並非一帆風順。 大多數應用都屬於資源密集型，並涉及許多2D和3D圖像處理。 惡劣的環境因素要求無風扇的設計方案
，這種設計方案降低了功耗，但同時對係統散熱提出了挑戰。 客戶迫切需要一款低成本的小型係統。嵌入式係統設計者正在為此而努力。

    幸運的是，第三代Intel® Core™係列處理器有助於戰勝這些挑戰。本文詳細介紹了這種新型處理器大大增加的圖像、計算以及輸入輸出I/O吞(tun)吐(tu)能(neng)力(li)如(ru)何(he)與(yu)新(xin)的(de)節(jie)能(neng)特(te)性(xing)完(wan)美(mei)結(jie)合(he)

，從(cong)而(er)在(zai)苛(ke)刻(ke)的(de)熱(re)限(xian)條(tiao)件(jian)下(xia)實(shi)現(xian)增(zeng)強(qiang)的(de)可(ke)視(shi)化(hua)計(ji)算(suan)。本(ben)文(wen)還(hai)將(jiang)介(jie)紹(shao)開(kai)發(fa)者(zhe)如(ru)何(he)將(jiang)緊(jin)湊(cou)堅(jian)固(gu)的(de)係(xi)統(tong)搭(da)載(zai)到(dao)NEXCOM NISE 3600E中
，它是一種最先進的無風扇嵌入式計算機，專為要求高性能
，處理大量圖形的應用設計。

    設計挑戰：顯卡性能
    可視化計算應用多種多樣，但這類應用都有一個共同點

，即幫助操作者獲得更好的計算結果。例如，AOI的應用範圍廣泛
，從印刷電路（printed circuit board，PCB）生產到農業生產都不可或缺。 AOI係統采用一個或多個攝像頭
，用以掃描產品的缺陷和色差，並將掃描結果提供給操作者。在這一過程中，處理器和顯卡性能都十分關鍵：高性能的處理器有助於AOI係統發現十分微小的缺陷，從而有利於提高生產線的產能。類似的，高分辨率、多顯示輸出端有助於操作者更好的理解檢測結果，並在必要時迅速采取措施。

    當然，IRT也可以實現上述功能。IRT使用在諸如石油煉製行業中確定燃油液位或檢測機器部件過熱等應用中（如圖1所示）。 IRT也可應用於消防
、建築及理療診斷領域。 強大的處理器使得IRT係統可以更加自動化地分析任務；更(geng)優(you)秀(xiu)的(de)顯(xian)卡(ka)使(shi)操(cao)作(zuo)者(zhe)可(ke)以(yi)更(geng)輕(qing)鬆(song)地(di)監(jian)控(kong)機(ji)器(qi)的(de)狀(zhuang)況(kuang)。在(zai)加(jia)強(qiang)交(jiao)通(tong)安(an)全(quan)方(fang)麵(mian)
，同(tong)樣(yang)如(ru)此(ci)。高(gao)速(su)處(chu)理(li)器(qi)支(zhi)持(chi)自(zi)動(dong)化(hua)交(jiao)通(tong)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi)

，多(duo)顯(xian)示(shi)係(xi)統(tong)使(shi)操(cao)作(zuo)者(zhe)可(ke)同(tong)時(shi)監(jian)控(kong)多(duo)條(tiao)道(dao)路(lu)的(de)路(lu)況(kuang)。

    過去，為了滿足顯示分辨率
、質量及響應速度等當麵的高要求，這些應用通常需要使用獨立顯卡。增加類似的內部子係統意味著更大的係統
、更高的功耗、成本、複雜性及故障率。

    第三代Intel Core係列處理器搭載了更強大的集成顯卡
，在一定程度上解決了上述問題。 3D顯卡較上一代顯卡在性能上提上了近60%。這樣很多應用將不再需要成品顯卡。新型的DirectX 11支持能力同樣從整體上帶來更佳的3D體驗。處理器可同時支持多達三個獨立顯示器，進一步減少了外接顯卡的需求。

    在處理性能方麵也有了重大的提升。 第三代Intel Core處理器較上一代在運行速度方麵提升了15%，實現了更快

、更複雜的圖像和視頻數據分析。 很多算法都得益於Intel®高級矢量擴展指令集（Intel® Advanced Vector Extensions，Intel® AVX），可提供256位浮點數據處理。   Intel® Quick Sync Video 2.0增強了視頻流數據及存儲能力，可以執行硬件編解碼，輕鬆實現全屏1080p高清視頻和高分辨率攝像率的集成。 除此之外
，Intel Quick Sync Video 2.0實現了視頻編碼轉換，轉換速度為上一代的2倍，極大降低了處理器在編碼轉換過程中的負載。

    顯卡升級後
，處理器性能提升有助於開發者在最小化係統功耗、大小以及成本的前提下，開發出前沿特性。開發者可以將顯卡升級充分應用到如NEXCOM NISE 3600E等堅固型計算機中。 例如，通過結合DisplayPort

、DVI-D及VGA接口（圖2），NEXCOM NISE 3600E內部可支持三個獨立的顯顯示器。

    設計挑戰：CPU性能VS熱限製
    惡劣環境要求要求無風扇設計方案，這種設計方案降低了功耗， 但同時使得性能大打折扣。這是圖形化處理麵臨的挑戰。麵對這樣的挑戰
，就需要更強大的處理器和顯卡性能。 通過智能化的設計革新和創新，第三代Intel Core處理器滿足了這些相互衝突的要求，在相同的功耗水平下，提供了更高的性能。 並且，將此性能擴展到的更廣闊的應用負載範圍。 這一切究竟如何達到
？它又給嵌入式係統帶來哪些有益之處呢

？

    首先，從製造工藝上來看，較老的45納米及32納米到現在的22納米且擁有全新的3D三柵極晶體管的演進
，降低了漏電流和工作電壓、tigaolejingtiguandekaiguanqiehuansudu
，congershixianlegengweizhuoyuedemeiwaxingneng。zheyiweizhezaitongyixingnengshuipingdeqiantixia
，shixianlegengdidegonghaohereliang
，huozhezaitongyigonghaoshuipingxia
，shixianlegenggaodexingneng。 有趣的是，與32納米平麵晶體管相比，在低電壓下
，3D三柵極晶體管的性能增益更高（1.0V下增加了18%
；0.7V下增加了37%）。

    其次，第三代Intel Core處理器優化了設計，可以提供功耗和性能的最優匹配。處理器運行在功耗、電流計溫度限製以下時，Intel®智能加速技術2.0（Intel® Turbo Boost Technology 2.0）允許處理器自動超頻。 該特性對於不會占用所有處理器內核的應用尤其有用。在這樣的應用中，沒有使用的內核可以關閉

，使得正在使用的內核超頻運行（如圖3所示）。 其他的升級中
，該特性的2.0版本定義了更多的加速方法，允許處理器更加密切的跟蹤可用功率預算。 其他的性能升級包括：新推出的低功耗模式，這一模式通過如為最低頻率模式引入空閑內核等技術
，降低了標量TDP以下的活動功耗。

    結合這一技術，實現了更加強大的性能
，就像汽車上使用的渦輪發動機技術。 它尺寸小，油耗低，速度快。同樣的道理，Intel的第三代Intel Core處理器為從臃腫的機架式到無風扇的小型係統轉變過程中的嵌入式計算提供了幫助。嵌入式計算曾長期受製於性能與功耗的權衡。

    NEXCOM利用了這些新特性，在高度緊湊的係統下（寬216mm×深270mm×高93mm，10.6”×8.5”×3.65”）實現了高性能的圖像化處理。 NISE 3600E機框設置有獨特的波浪形散熱器，增加了空氣流動和散熱麵積
，相比傳統的無風扇設計（如圖4所示）提升了整體性能。

    設計挑戰：I/O帶寬
    高性能I/O對於圖形密集應用同樣關鍵。本地USB3.0和PCI擴展接口（PCIe）Gen 3支持引入的第三代Intel Core係列處理器（如圖5所示）
，使嵌入式係統可處理高數據負載，提供更快

，更豐富
，更複雜的視覺效果。

    這些帶寬方麵的改進並非僅是增量的。 USB3.0最大傳輸速率可達到5Gbps―向後兼容USB2.0―這一速率是USB2.0（480Mpbs）的10倍之多，大大降低了傳輸時間和功耗。 PCIe Gen3向後兼容現有PCIe，每通道的帶寬是PCIe* Gen 2的兩倍（1Gbps VS 500Mpbs）， 這意味著單獨一個三代的16槽位PCIe上下行均可以達到16Gbps的傳輸速率。

    NEXCOM NISE 3600E利用了增強型的I/O
，提供多達4個本地USB3.0接口和多達2個PCIe Gen3×4擴展端口。 這些擴展選項對於高速計算機和工廠自動化應用十分有益
，可實現指定運動控製、數據捕獲及其他行業相關的成品卡和外圍設備的輕鬆集成。

    第三代Intel® Core™係列處理器：可靠的性能
    zaieliehuanjingxia，tingjihetufaxingxiufujunkedaozhinanyiyuliaodehouguo，yincixingnenghekekaoxingduiyukeshihuajisuandouhenzhongyao。jianguxitongdekekaoxingbujinyaoqiulianghaodeshejihexingyeneigaozhiliangbujian，erqiexuyaozuijiadereguanlifanganyijizuidideguzhanglv。 第三代Intel Core處chu理li器qi擁yong有you更geng快kuai速su的de集ji成cheng顯xian卡ka，獨du立li顯xian卡ka已yi不bu再zai需xu要yao了le，這zhe樣yang就jiu降jiang低di了le成cheng本ben和he實shi現xian複fu雜za度du。其qi增zeng強qiang的de節jie能neng特te性xing使shi得de設she計ji者zhe可ke以yi控kong製zhi熱re生sheng成cheng
，提ti供gong了le安an全quan高gao效xiao的de性xing能neng。 本地USB3.0及PCIe Gen2消除了帶寬瓶頸。

    使用第三代Intel Core係列處理器，工業嵌入式計算機，如NEXCOM NISE 3600E可以提供卓越的可視化計算性能及能力
；同時最大化正常運行時間，最小化功耗及熱生成，從而加固之前獨立的硬件並降低係統的整體成本和功耗。