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摘要：本文介紹了新時代工業(yè)計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的歷史沿革，分析了目前國內(nèi)外的現(xiàn)狀，預(yù)測了工業(yè)計算機(jī)技術(shù)和相關(guān)自動化技術(shù)的未來主要發(fā)展趨勢，供國內(nèi)從事工業(yè)計算機(jī)或嵌入式系統(tǒng)方面工作的設(shè)計工程師和設(shè)備制造商參考。

關(guān)鍵詞：模塊化計算機(jī)；工業(yè)平板電腦；邊緣計算設(shè)備；個性化定制；移動HMI；分布式智能控制系統(tǒng) Abstract: This paper mainly analyses the present status of industrial computers worldwide in the new era, and predicts the future development trends of the industrial computer technologies.

Key words: Computer on modules; Panel computers; Edge computing devices; Customization; Mobile HMI; Distributed intelligent control systems

1　工業(yè)計算機(jī)技術(shù)發(fā)展簡要回顧

工業(yè)控制計算機(jī)（Industrial Control Computers）的概念是20世紀(jì)80年代由“中國計算機(jī)學(xué)會工業(yè)控制計算機(jī)專業(yè)委員會”的專家們提出來的。當(dāng)時Intel公司的8086/8088、Zilog公司的Z8000以及Motorola的68000等16位微處理器相繼問世，并開始流行。也就是在這個時候，IBM公司將8088應(yīng)用到PC機(jī)上，從此微型計算機(jī)開始走入人們的工作和生活，開啟了一個微機(jī)新時代。同期，Intel推出了以8051為核心的MCS-51系列單片微型計算機(jī)（簡稱單片機(jī)），并在工業(yè)自動化及相關(guān)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為了提高微型計算機(jī)的可靠性和惡劣環(huán)境適應(yīng)性，將微型計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)測量和控制領(lǐng)域，為非計算機(jī)專業(yè)設(shè)計和研發(fā)人員提供一套可靠、簡單、易用的解決方案，工業(yè)控制計算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

工業(yè)控制計算機(jī)，業(yè)界也稱其為工業(yè)計算機(jī)（Industrial Computers）或嵌入式計算機(jī)（Embedded Computers）。根據(jù)《計算機(jī)科學(xué)百科全書》（第二版）的描述，工業(yè)控制計算機(jī)是具有“高可靠性、惡劣環(huán)境適應(yīng)性、易維護(hù)性、強(qiáng)實(shí)時性、易擴(kuò)展性”特點(diǎn)的計算機(jī)，其范疇主要包括工業(yè)計算機(jī)（Industrial Computers）、工業(yè)/嵌入式平板電腦（Industrial/Embedded Panel PCs）、工業(yè)平板電腦（Industrial Panel Computers）、加固工業(yè)計算機(jī)（Rugged Industrial Computers）、工業(yè)PC（Industrial PCs）、單板機(jī)（Single Board Computers）、模塊化計算機(jī)（Computer on Modules）、加固計算機(jī)（Rugged Computers）、加固便攜電腦（Rugged Laptops）、嵌入式計算機(jī)（Embedded Computers）、嵌入式PC（Embedded PCs）、嵌入式系統(tǒng)（Embedded Systems）。其外延可以擴(kuò)展到PLC（Programmable Logic Controller）、PAC（Programmable Automation Controller）、DCS（Distributed Control Systems）等計算機(jī)控制平臺（Computer Control Platforms）。

主要特點(diǎn)：模塊化結(jié)構(gòu)、總線型以及惡劣環(huán)境適應(yīng)性和商業(yè)軟件兼容性。

發(fā)展脈絡(luò)：主要是基于并行總線技術(shù)，伴隨著并行總線技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，并逐漸向串行總線過度。

模板之間主要互聯(lián)總線：STD總線、VME總線、ISA總線（XT/AT總線）、AT96總線、PCI總線、CompactPCI總線、PXI總線、AdvancedTCA總線、mTCA總線、PC/104總線、PC104-plus總線、PCI/104總線、PCI/104-Express、PCIe/104總線以及VPX總線。

2　工業(yè)計算機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

伴隨著中國改革開放40年的發(fā)展，工業(yè)計算機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在工業(yè)自動化和控制（Industrial automation & control）、測試與測量（Test & Measurement）、儀器儀表（Instrumentation）、航空電子設(shè)備（Avionics）、航天設(shè)備（Aerospace）、國防裝備（Defense）、能源（Energy）、汽車（Automotive）、信息娛樂設(shè)備（Infotainment）、通信（Communications）、醫(yī)療器械（Medical）、交通運(yùn)輸（Transportation）、物流（Logistics）、信息安全（Security）、智能建筑（IntelligentBuilding）、環(huán)境保護(hù)（Environment protection）、數(shù)字標(biāo)簽（Digital signature）以及智能零售（iRetail）等。

雖然隨著技術(shù)的進(jìn)步，總線和接口標(biāo)準(zhǔn)不斷在變化，但有些事情是不變的。

2.1　模塊化結(jié)構(gòu)依然是工業(yè)計算機(jī)不變的主流架構(gòu)，新一代模塊化計算機(jī)興起

不同于所熟知的符合各種工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)的計算機(jī)模板，如CPU板、I/O模板、功能模板等，模塊化計算機(jī)是需要插在另一塊功能載板（Carrier Board）上工作的計算機(jī)系統(tǒng)模塊，安裝結(jié)構(gòu)是層疊式而不是導(dǎo)軌式。傳統(tǒng)的模塊化計算機(jī)主要有1992年正式發(fā)布的PC/104標(biāo)準(zhǔn)模塊，及其升級型號PC/104-plus、PCI/104、PCIe/104等；以及1998年推出的ETX（Embedded Technology eXtended）模塊及其升級型號XTX（eXpress Technology for ETX）模塊。目前，采用超低功耗、低時延、基于ARM或x86 processor的片上系統(tǒng)（SoC: System on Chip）技術(shù)的、微型化的新一代模塊化計算機(jī)模塊（COM: Computer on Modules）開始興起。在市場中占主導(dǎo)地位的是COMe，Qseven，SMARC模塊^[1]，新興的模塊化計算機(jī)模塊主要應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)（IoT: Internet of Things）、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT: Industrial Internet of Things）、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、Industry 4.0、邊緣計算（Edge computing）以及工業(yè)自動化和控制等嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域。

COM模塊全系列產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)主要是Kontron、Congatec、MSC Technologies和凌華科技。Versalogic、RTD Embedded Technologies和深圳盛博主要生產(chǎn)PC/104系列產(chǎn)品和COMe模塊；研華科技的主要產(chǎn)品是COMe和Qseven模塊。

2.2　高可靠、快修復(fù)、惡劣環(huán)境適應(yīng)性依舊是其代表特征，免維護(hù)設(shè)計開始占據(jù)主導(dǎo)地位有別于商用計算機(jī)，工業(yè)計算機(jī)是在室外等最苛刻的環(huán)境中（the Most Demanding Applications）工作的，其重要特征是長期可用性（Long-term Availability）、高可靠性（High Reliability）和良好的可維護(hù)性（FriendlyServiceability）^[2]。目前國際流行的免維護(hù)（Maintenancefree）設(shè)計已經(jīng)在工業(yè)計算機(jī)的設(shè)計中占主導(dǎo)地位，由此將極大降低制造商和用戶的運(yùn)行成本和維護(hù)費(fèi)用，也減少了由于系統(tǒng)故障而造成的利潤損失。免維護(hù)設(shè)計要采取一些嚴(yán)苛的措施來保證，如去掉運(yùn)動部件、選用低功耗元器件、不采用電池供電、使用保持時間長（holdup times）的電源供電以及采用長壽命（long-life）元器件等^[3]。

工業(yè)計算機(jī)的可靠性用MTBF（Mean Time Between Failures）來描述。一般商用計算機(jī)的MTBF大約是20000小時，也就是2年。但工業(yè)計算機(jī)的MTBF要求至少是50000小時以上，甚至達(dá)到100000小時，相當(dāng)于連續(xù)運(yùn)行5年以上而無故障。現(xiàn)在主流設(shè)計是采用低功耗CPU或SoC，取消風(fēng)扇和硬盤等運(yùn)動部件來實(shí)現(xiàn)可靠工作[3]。可維護(hù)性是用MTTR（Mean Time To Repair）來度量的，表示計算機(jī)出現(xiàn)故障后恢復(fù)正常工作的速度。商用計算機(jī)對MTTR無要求；工業(yè)計算機(jī)在出現(xiàn)故障情況下需要快速修復(fù)，其要求MTTR小于30分鐘，甚至可以達(dá)到5分鐘^[4]。工業(yè)計算機(jī)的可用性是可靠性和可維護(hù)性的函數(shù)，即Availability=MTBF/(MTBF+MTTR)。工業(yè)計算機(jī)的可用性一般設(shè)計為5個9，即99.999%，連續(xù)工作一年的宕機(jī)時間（downtime）不超過5分鐘。為了保證已經(jīng)定型的工業(yè)計算機(jī)產(chǎn)品具有較長的生命周期，如5~7年或者更長時間，需要選用長壽命（long-lifecycle）元器件，不僅可靠工作時間長，還要具有長期持續(xù)供貨能力。而商用計算機(jī)的淘汰速度比較快，一般為9~12個月^[4]。除此之外，工業(yè)計算機(jī)對抗震動（Vibration）、沖擊（Shock）能力、極限溫度條件（Extreme temperature）以及入口保護(hù)（Ingress protection）都有嚴(yán)格要求。這些指標(biāo)保證了工業(yè)計算機(jī)能在室外等嚴(yán)苛的環(huán)境條件中長期、穩(wěn)定、可靠工作。

2.3　串行總線已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位，并行總線還會存續(xù)一定時間

雖然支持并行總線的計算機(jī)模板或模塊還在一定范圍內(nèi)使用，可能還需要持續(xù)存在一定時間，如ISA總線、PC/104總線、PCI總線、PCI/104總線等，但采用串行互聯(lián)總線的模板或模塊已經(jīng)牢牢地占據(jù)了市場主導(dǎo)地位，如PCI Express、PCIe/104總線、VPX總線以及Industrial Ethernet等。同樣，串行接口總線，如SATA，USB等，也已經(jīng)逐漸取代了并行接口總線，如IDE、LPT等，業(yè)已成為主流接口總線。

2.4　顯示和控制一體化趨于流行，工業(yè)平板電腦被廣泛采用
長期以來，工業(yè)計算機(jī)的主機(jī)和顯示屏（器）是分離的。隨著多點(diǎn)觸控技術(shù)（Multi-touch technology）的成熟，工業(yè)多點(diǎn)觸控顯示面板（Industrial multi-touch Panels）市場占有率不斷提高，市場需求旺盛，推動了工業(yè)計算機(jī)逐漸發(fā)展為主機(jī)和顯示一體化，即工業(yè)平板電腦，使顯示和控制一體化、個性化。工業(yè)平板電腦符合人機(jī)界面軟件和監(jiān)控操作走向網(wǎng)絡(luò)邊緣、走進(jìn)現(xiàn)場前端的技術(shù)發(fā)展趨勢。為了適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，工業(yè)平板電腦一般都符合IP65標(biāo)準(zhǔn)。

目前市場上流行的工業(yè)平板電腦類型有Industrial Panel PCs、Panel Computers、Fanless Embedded Panel PCs以及All-in-One Panel PCs等。國內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè)有富士康工控（FOXKPC）、深圳英德斯、研祥智能、集智達(dá)智能、深圳昆侖通態(tài)、深圳科拉德計算機(jī)、北京啟陽科技、南京研維、東方松柏、北京宇田信達(dá)、臺灣凌華科技、臺灣新漢、臺灣融程電訊以及臺灣研揚(yáng)等。國外企業(yè)主要有BCM Advanced Research、Industrial Computers Limited、Caltron Technology、Impulse Embedded Limited、Beckhoff Automation以及Contec等。

2.5　低功耗、無風(fēng)扇、微小型化、個性化成為主要指標(biāo)特征

市場上的大多數(shù)工業(yè)計算機(jī)是滿足嵌入式應(yīng)用需求的計算機(jī)，即嵌入式計算機(jī)。絕大多數(shù)工業(yè)計算機(jī)并不是放在辦公桌上工作，能看得見、摸得著，而是嵌入到控制室里或者安裝在現(xiàn)場的設(shè)備當(dāng)中，以隱蔽的形式存在和運(yùn)行。為了適應(yīng)這種嵌入式應(yīng)用需求，工業(yè)計算機(jī)大多是低功耗、無風(fēng)扇工作的，以提高可靠性，減少故障率。體積微型化或小型化，以應(yīng)用在對空間限制比較嚴(yán)格的場合。功能和外形可以客戶定制，形態(tài)多樣，滿足個性化要求。

3　國內(nèi)外工業(yè)計算機(jī)主要研究和制造企業(yè)

3.1　國內(nèi)主要企業(yè)

北京控制工程研究所、北京軒宇智能、北京軒宇空間、深圳研祥智能、北京集智達(dá)智能、北京康拓科技、深圳英德斯電子有限公司、北京力控元通科技有限公司、陜西威藍(lán)工業(yè)自動化有限公司、上海瑞強(qiáng)信息科技有限公司、北京立華萊康平臺科技有限公司、深圳昆侖通態(tài)、深圳德航智能技術(shù)有限公司、北京宇田科技有限公司、東方松柏科技（北京）有限公司、北京啟陽科技有限公司、富士康科技集團(tuán)工控部（FOXKPC）、臺灣研華（Advantech）、臺灣凌華（ADLINK）、臺灣新漢（NEXCOM）、臺灣融程電訊、臺灣磐儀科技（Arbor）、研揚(yáng)科技（蘇州）有限公司、艾訊科技、廣積科技、研強(qiáng)科技、北京阿爾泰科技發(fā)展有限公司、研為科技、摩莎（Moxa）科技（上海）有限公司、臺灣昭營科技（ICOP）、臺灣威盛科技（VIA Technologies）、臺灣瀚達(dá)電子、深圳市佳維視（Jawest）電子科技有限公司、天津市英貝特航天科技有限公司、北京方天長久科技股份有限公司、上海鼎鈦克電子有限公司、北京新松佳和電子系統(tǒng)股份有限公司、北京凌天科技有限公司、北京研泓興業(yè)科技有限責(zé)任公司、深圳華北工控、廣州市拓盈科技有限公司、上海諾達(dá)佳自動化技術(shù)有限公司、以及深圳邦彥技術(shù)股份有限公司等。

3.2 國外主要企業(yè)

Versalogic、Kontron Compact Computers AG（德國控創(chuàng)）、National Instruments、Caltron Technology, Congatec AG（德國康佳特）、Industrial Computers（Kontron UKLimited）、Artesyn Embedded Technologies、Janam TechnologiesLLC.、EG Electronics、Impulse Embedded Limited、Beckhoff Automation、BCM Advanced Research、Trenton Systems、Dataforth Corp.、Arcobel Embedded Solutions (Netherlands)、Contec Co.、RTD Embedded Technologies Inc.、MSC Technologies、以及JTL mobile computers等。

3.3　國內(nèi)外工業(yè)控制系統(tǒng)（DCS、 PLC、PAC）主要制造商

和利時集團(tuán)、中控科技集團(tuán)、中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所、國電智深、ABB、Siemens（西門子）、Rockwell Automation（羅克韋爾自動化）、AllenBradley、Honeywell（霍尼韋爾）、Schneider Electric（施耐德電氣）、OPTO22，以及Yokogawa Electric Corp.（橫河電機(jī)）等。

4　工業(yè)計算機(jī)技術(shù)未來主要發(fā)展趨勢

據(jù)專家預(yù)測，未來六種新技術(shù)將驅(qū)動新一波創(chuàng)新浪潮，即人工智能（Artificial Intelligence）、物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things ）、高級機(jī)器人技術(shù)（Advanced Robotics）、區(qū)塊鏈（blockchain）、新材料（New Materials）以及自主設(shè)備（Autonomous Devices) [5]。隨著新一波創(chuàng)新浪潮涌來，新科技成果逐漸轉(zhuǎn)化、應(yīng)用，必將極大驅(qū)動工業(yè)計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新步伐。

4.1　模塊化計算機(jī)將成為工業(yè)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計普遍采用的系統(tǒng)模塊

未來，越來越多的工業(yè)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計工程師將采用模塊化設(shè)計方案，像搭積木一樣，用標(biāo)準(zhǔn)的、成熟的、開箱即用的計算機(jī)模塊，來組裝滿足客戶特定應(yīng)用需要的工業(yè)和嵌入式產(chǎn)品。這種設(shè)計方式可以使設(shè)備制造商或客戶對市場需求做出快速響應(yīng)，顯著降低研制難度和研制費(fèi)用，降低研制風(fēng)險，減少研制時間、提高工作效率，縮短產(chǎn)品投放市場時間，有利于在激烈的市場競爭中搶占先機(jī)。

模塊化設(shè)計當(dāng)中一個最重要的模塊無疑是模塊化計算機(jī)模塊。從本質(zhì)上來講，模塊化計算機(jī)也是一種特殊的單板機(jī)（Single Board Computer）。制造商在提供模塊化計算機(jī)時會附帶一套免費(fèi)的底層支持軟件包BSP（Board Support Package）和嵌入式操作系統(tǒng)等軟件 ^[6]。有了模塊化計算機(jī)模塊，專用設(shè)備制造商就可以避免從事計算機(jī)主板設(shè)計中技術(shù)難度大、復(fù)雜程度高、風(fēng)險也大的處理器、存儲器和高速接口部分設(shè)計，以及相應(yīng)底層支持軟件（如驅(qū)動軟件、數(shù)據(jù)庫軟件和API）的編制 ^[6]，而專心做面向特定應(yīng)用的專業(yè)性、知識性比較強(qiáng)的外部接口和功能設(shè)計，即載板（Carrier）設(shè)計。更重要的是，一旦應(yīng)用對象的技術(shù)要求變更或需要升級成性能更高、功能更強(qiáng)大的新型處理器，也無需從頭再來設(shè)計整個系統(tǒng)，只需簡單地更換一塊模塊化計算機(jī)或基礎(chǔ)載板即可，省時、省事、省心、省費(fèi)用。因此，模塊化計算機(jī)將發(fā)展成為全球范圍工業(yè)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計普遍采用的、技術(shù)領(lǐng)先的系統(tǒng)模塊。

在可預(yù)見的未來，模塊化計算機(jī)市場將主要由三種標(biāo)準(zhǔn)模塊主導(dǎo)，即COM express, Qseven和SMARC模塊。COM express模塊主要支持x86架構(gòu)SoC，采用可靠堅固的連接器（Reliable

and Rugged Connector）與載板連接，抗震動和沖擊能力強(qiáng)，適合應(yīng)用在嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境。Qseven和SMARC模塊主要支持non-X86架構(gòu)的SoC，如ARM系列，同時也支持低功耗的x86架構(gòu)SoC。SMARC有豐富的視聽接口信號，適合多媒體設(shè)備采用。Qseven具有豐富的I/O接口，更適合工業(yè)和嵌入式應(yīng)用。但Qseven和SMARC模塊與載板是通過金手指連接器（Flat Edge Connector）連接，可靠性比COMe要低^[6]。模塊化計算機(jī)模塊主要供應(yīng)商是德國控創(chuàng)和德國康佳特。國內(nèi)工控廠家主要生產(chǎn)PC/104系列和COM express模塊，如盛博科技、研祥智能、深圳英德斯等。

COM express規(guī)范由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織PICMG制定，Qseven和SMARC規(guī)范由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織SGET（StandardizationGroup for Embedded Technologies）制定。

當(dāng)然，隨著AI和5G的快速發(fā)展，要求有性能更高的CPU、更高的帶寬以及大容量的存儲器，因此需要一個全新的Computer on Modules標(biāo)準(zhǔn)問世與之相對應(yīng)。從2018年開始，PICMG就已經(jīng)著手組織制定兩款與之相關(guān)的規(guī)范，一是Server Type，另一個是Embedded Type ^[7]。Server Type支持性能達(dá)到125W TDP的CPU、更高帶寬的PCI Express Gen5、最大達(dá)100GB的LAN、USB3.2以及最多8個存儲器條。Embedded Type可以支持性能達(dá)到65W TD、PCI Express Gen5、USB 3.2、高分辨率圖像通道、支持TSN的Ethernet以及最多4個存儲器條。

4.2　隨著5G、AI、大數(shù)據(jù)和IIoT的深度融合，工業(yè)計算機(jī)將進(jìn)入5G移動網(wǎng)絡(luò)時代

隨著5G移動通信開始試驗(yàn)部署并逐漸推廣，5G將對世界范圍內(nèi)的商業(yè)運(yùn)營模式和消費(fèi)者的生活帶來深刻影響。預(yù)計到2020年，5G移動網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)將拓展到迅速增長的新興領(lǐng)域，如物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛汽車、智能家居等行業(yè)，也必將改變工業(yè)計算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)連接方式。通過推動工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的急劇擴(kuò)張，以及為機(jī)器學(xué)習(xí)（machine learning）和深度學(xué)習(xí)（deep learning）獲取海量實(shí)時數(shù)據(jù)，5G將為未來工業(yè)生產(chǎn)和人類生活提供所必需的智能連接（Intelligent Connectivity）能力。5G、AI、大數(shù)據(jù)、智能平臺（Smart Platform）和IIoT的深度融合將改變世界，開創(chuàng)一個智能連接時代^[8]。

在邊緣計算（Edge Computing）和網(wǎng)絡(luò)切片（Network Slicing）技術(shù)的支撐下，5G移動網(wǎng)絡(luò)在授權(quán)許可的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高速（10 gigabit-per-second download speeds）、高帶寬、超可靠和低延時（1ms）聯(lián)通性 ^[8]，減少對安裝和維護(hù)成本都昂貴的電纜線的依賴，實(shí)現(xiàn)按單元分組和空中（by the air）自由組網(wǎng)，使工廠生產(chǎn)過程具有更高的靈活性。

5G網(wǎng)絡(luò)的1ms低延時，使基于工業(yè)計算機(jī)的工業(yè)智能設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速、實(shí)時傳輸以及事件的快速響應(yīng)，響應(yīng)時間具有可預(yù)測性和確定性，滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性和確定性要求，將驅(qū)動眾多工廠、醫(yī)院、交通運(yùn)輸工具等進(jìn)行智能化改造。借助5G移動網(wǎng)絡(luò)，工廠操作員可以方便地對智能設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時遙測和遙控，工業(yè)智能設(shè)備互聯(lián)將進(jìn)入5G時代。

目前，工業(yè)自動化行業(yè)正在聯(lián)合起來行動，尋找一種專為工廠應(yīng)用設(shè)計的基于Ethernet的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，以解決在工廠里同時存在多個不同標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)碎片化的現(xiàn)狀^[9]。IEC、IEEE、Industry4.0以及Industrial Internet Consortium正在為此工作，而5G就是其中一種可行的選擇方案。

4.3　小型化、微型化是未來工業(yè)計算機(jī)發(fā)展的必然趨勢

作為一種滿足嵌入式應(yīng)用要求的嵌入式計算機(jī)，工業(yè)計算機(jī)的外形尺寸會變得越來越小，但功能卻越來越強(qiáng)大。小型化甚至微型化是工業(yè)計算機(jī)未來發(fā)展的必然趨勢。隨著邊緣計算和人工智能的發(fā)展，越來越多的數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣或者靠近數(shù)據(jù)源端，就地存儲和處理，實(shí)現(xiàn)事件的快速響應(yīng)。這必然帶來對滿足邊緣計算和智能信息采集、存儲、處理的嵌入式計算設(shè)備的需求劇增。據(jù)RTCMagazine預(yù)測，小型化系統(tǒng)在萬物互聯(lián)的世界里將發(fā)揮越來越重要的作用^[10]。在IoT或IIoT的驅(qū)動下，尺寸小、功能強(qiáng)的微小系統(tǒng)的市場將發(fā)生爆炸性的增長，并得到廣泛的應(yīng)用和部署。

4.4　面向嵌入式應(yīng)用的客戶個性化定制（Customization）產(chǎn)品未來將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長

21世紀(jì)工廠自動化的未來不再是大規(guī)模生產(chǎn)（MassProduction），而是大規(guī)模客戶定制（Mass customization）。個性化需求、小批量定制生產(chǎn)將成為潮流，一款產(chǎn)品包打天下（One-size-fits-all Products）將讓位于客戶定制化，以滿足不同客戶的特定要求和欲望^[11]。因此，近年來工業(yè)計算機(jī)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品特性已經(jīng)趨向于專業(yè)化及多樣化，以滿足不同的客戶需求。同時市場需要穩(wěn)定和可靠的產(chǎn)品質(zhì)量，因此工業(yè)計算機(jī)制造商需要不斷提高快速反應(yīng)客戶定制化需求的能力，及時提供面向特定應(yīng)用的高質(zhì)量產(chǎn)品。

相對于標(biāo)準(zhǔn)化通用產(chǎn)品，面向嵌入式應(yīng)用的定制化工業(yè)計算機(jī)，要具有更低的成本、更小的尺寸、更低的功耗以及更高的性能，因此也更有吸引力和競爭力。客戶定制的產(chǎn)品多以單板計算機(jī)為主，即一塊計算機(jī)模板上集成了客戶特定應(yīng)用所必需的核心處理器單元和接口功能，刪除了通用產(chǎn)品中多余的功能和相應(yīng)電子元件，既降低了成本，也消除了無用功能或電子元件可能引起的故障隱患。這種定制單板機(jī)的設(shè)計可以從零開始，也可以采用開箱即用的模塊化計算機(jī)與I/O功能載板設(shè)計相結(jié)合的方式，這樣可以簡化設(shè)計復(fù)雜性，降低設(shè)計難度，節(jié)省設(shè)計費(fèi)用，縮短交付客戶時間，加快市場反應(yīng)能力。

近來風(fēng)起云涌的邊緣計算是5G網(wǎng)絡(luò)的核心特征，也是結(jié)合5G的智能物聯(lián)應(yīng)用的核心特征。針對智能物聯(lián)應(yīng)用場景的特異性，邊緣計算對計算能力需求將呈現(xiàn)定制化、個性化的特征，將驅(qū)動計算能力領(lǐng)域FPGA產(chǎn)業(yè)迎來歷史性的機(jī)會，同時也將給具有強(qiáng)大計算能力的高性能工業(yè)計算機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來歷史性機(jī)遇。