Was sind industrielle GPU-Computer, und wofür werden sie verwendet ?

Künstliche Intelligenz hält immer mehr Einzug in der Automatisierungstechnik. Das erhöht die Nachfrage nach Datenverarbeitung in Hochgeschwindigkeit am Ort der Applikation (Edge) enorm. Waren die dafür konzipierten Edge-Computer einst nur einfache Datensammler, führen sie jetzt KI-Modelle und Algorithmen durch, um komplexe Analysen und maschinelles Lernen mit diesen Daten durchzuführen. Das erfordert allerdings eine höhere Rechenleistung für welche normale Edge-Computer nicht ausgelegt sind. Industrielle GPU-Computer liefern die notwendige Leistung und ermöglichen eine optimale Zusammenarbeit zwischen CPU und GPU für Echtzeit-Datenanalysen und leistungsstarke Bildverarbeitung. Ursprünglich in Rechenzentren eingesetzt, werden sie zunehmend am Ort der Applikation (Edge) eingeführt und haben sich zur idealen Wahl für das Edge-KI-Zeitalter entwickelt.

Dieser Artikel beschreibt die Vorteile und Anwendungen von industriellen GPU-Computern und liefert anschließend einige praktische Anwendungsfälle, um ein umfassenderes Verständnis der zukünftigen Rolle und des Potenzials von industriellen GPU-Computern zu vermitteln.
 

Grundsätzlich werden Industriecomputer basierend auf ihren Anwendungsanforderungen in CPU-Computer und GPU-Computer unterteilt. CPU-Computer verlassen sich auf wenige Hochleistungskerne und eignen sich hervorragend für Multitasking, was sie ideal für Anwendungen mit komplexer Logik und der Notwendigkeit von Multitasking macht. GPU-Computer hingegen sind darauf ausgelegt, GPU-Karten für die Parallelverarbeitung zu integrieren, die durch Tausende spezialisierter Verarbeitungskerne auf der GPU ermöglicht wird. Sie bieten leistungsstarke Parallelrechenfähigkeiten und können viele, gleichzeitige Operationen wie Matrixoperationen, Bildverarbeitung und andere rechenintensive Aufgaben effizient bewältigen.

Beim Training von maschinellen Lernmodellen besteht der größte Vorteil von GPU-Computern darin, die Rechenzeit zu verkürzen. Das geschieht in dem sie hochauflösende Bilder schnell analysieren und Echtzeit-Datenverarbeitung durchführen. So wird die moderne Entscheidungsfindung ermöglicht. Diese Eigenschaften machen den GPU-Computer zu einer effizienten und intelligenten Lösung spezieller Anwendungen. Visuelle Inspektionen, die Identifizierung von Produktionsfehlern in automatisierten Fertigungslinien und die Sicherheitsüberwachung in Smart Cities sind nur einige Beispiele.

 Computing in high-performance

Die Kombination aus GPU- und CPU-Rechenleistung ermöglicht den GPU-Computern eine äußerst effiziente Rechenleistung. Sie beschleunigt nicht nur Rechenaufgaben, sondern ermöglicht auch die Verarbeitung und Analyse eingehender Datenströme. Das steigert die Arbeitseffizienz erheblich. Um den unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden, stehen verschiedene GPU-Karten zur Verfügung. Die SoM-GPUs sind bestens für Embedded Anwendungen geeignet. Bei mehr physikalischem Raum können auch die MXM-GPUs für mehr Flexibilität und PCIe-GPUs für maximale Leistungsanforderungen eingesetzt werden.

 Wärmeableitungstechnologie und Stabilität

GPUs verbrauchen viel Energie und erzeugen Wärme. Deshalb benötigen sie ein Kühlsystem, welches speziell darauf ausgelegt ist, die Temperaturen zu kontrollieren und einen langfristig stabilen Betrieb zu gewährleisten. Selbst unter hoher Belastung können so die fortschrittlichen Kühllösungen die Temperatur senken und einen stabilen Betrieb der Geräte sicherstellen.

 Datenübertragung in Hochgeschwindigkeit

Um mit großen Bilddatenströmen und ultraschneller Netzwerkkommunikation zurechtzukommen, müssen GPU-Computer performante Schnittstellen wie PCIe-Steckplätze sowie Hochgeschwindigkeits-I/O-Optionen wie LAN, USB und mehr bereithalten. So kann die gesamte Verarbeitungseffizienz verbessert werden.

Die Cincoze Rugged Computing - GOLD Produktlinie wurde speziell für den boomenden Edge AI-Anwendungsmarkt entwickelt. Sie eine Reihe von Industriecomputern, die speziell für die Herausforderungen rauer Industrieumgebungen entwickelt wurden. Jede Serie bietet unterschiedliche GPU-Computing-Lösungen, die auf der Komplexität der Anwendung basieren.

 GPU-Computer für Dual Full-length GPU-Karten (GP-Serie)

Der GP-3100 ist das Flaggschiffmodell der Cincoze GPU Computing – GOLD Produktlinie. Er bietet erstklassige Leistung, Funktionalität und Skalierbarkeit auch für die Zukunft. Besonders geeignet ist dieser Industriecomputer für anspruchsvolle Rechenanwendungen wie maschinelles Sehen und maschinelles Lernen.

Die Leistungsdaten umfassen die neueste 14. Generation der Intel® Core Prozessoren (Raptor Lake-S Refresh), bis zu zwei 250W Full-Length High-End GPU-Karten (bis zu 328 mm Länge) und 5600 MHz DDR5 ECC-Speicher. Ultraschnelle Datenzugriff und -ablage kann über hochgeschwindigkeitsfähige NVMe SSDs und vier vorne zugängliche 2,5" HDD/SSDs erfolgen. Die Datenübertragung in Hochgeschwindigkeit erfolgt über native I/O-Schnittstellen (2,5 GbE LAN und USB 3.2) sowie I/O-Erweiterungsmodule.

Die GP-3100-Serie verfügt über drei patentierte Designs, welche die häufigsten Fehlerbilder in den Anwendungen betreffen: Wärmeableitung, Stabilität und Upgrade-Flexibilität. Ein patentiertes Wärmeableitungsdesign stellt sicher, das die Temperatur unter Kontrolle gehalten wird und einen stabilen Betrieb von CPU und GPU bei hohen Geschwindigkeiten gewährleistet ist. Durch den patentierten, anpassbaren 3D-GPU-Kartenniederhalter wird die die GPU-Karte an ihrem Platz gesichert. Zudem wird verhindert, dass sich die GPU-Karte unter starken Erschütterungen oder hohen Vibrationen löst. Die Flexibilität für zukünftige Leistungs-Upgrades wird durch die GPU-Karten-Erweiterungsbox unterstützt. Sie ermöglicht die nachträgliche oder zusätzliche Installation von High-End-GPUs oder Erweiterungskarten. Die robuste GP-3100-Serie entspricht mehreren internationalen und branchenspezifischen Zertifizierungen und Standards. Die E-Mark für den Betrieb in Fahrzeugen, die EN50121-3-2 für den Bahnbereich sowie der Militärstandard MIL-STD-810H. Das macht die GP-Serie zur besten Wahl für Hochleistungsrechnen in rauen Umgebungen.

 Embedded MXM GPU-Computer (GM-Serie)

Mit einer Größe von nur 260 x 200 x 85 mm ist die GM-Serie ideal für mobile Edge-AI-Anwendungen mit begrenztem Platzangebot. Die neueste GM-1100-Serie beinhaltet die 14. Generation Intel® Core™ Prozessoren (Raptor Lake-S Refresh) mit Optionen für die Hybrid- oder P-Core-Monolith-Architektur. Zudem werden NVIDIA MXM Typ A und Typ B GPU-Karten unterstützt, welche eine hervorragende GPU-Computing-Leistung bieten. Um die hohen Temperaturen, die durch den gleichzeitigen Betrieb von CPU und GPU entstehen, zu bewältigen, umfasst ein exklusives Wärmeableitungsdesign die Möglichkeit, einen externen Lüfter hinzuzufügen. So wird ein stabiler und zuverlässiger Systembetrieb gewährleistet. Die GM-1100-Serie bietet eine vollständige Lösung für mobile Anwendungsbedürfnisse. Mit einem M.2-Erweiterungssteckplatz können drahtlose Kommunikationsmodule wie 5G und Wi-Fi genutzt werden. Die EN50121-3-2 für den Bahnbereich und die E-Mark Zertifizierung für Fahrzeuge stellen auch hier den Einsatz sicher. Die verschiedene Industrie-Standards, Schutzmechanismen und die Einhaltung des Militärstandards MIL-STD-810H sind der Grund, warum die GM-1100-Serie insbesondere für raue Umgebungen bevorzugt wird.

 Embedded SoM GPU-Computer (GJ-Serie)

Mit der offiziellen Markteinführung in Q3 2025 kommt die neueste Serie in der Cincoze GPU Computer: die GJ-Serie. Sie beinhaltet auch die kleinsten Modelle der GOLD-Produktlinie. Die GJ-Serie wurde speziell für Edge-AI-Anwendungen mit begrenztem Platzangebot entwickelt. In einem sehr kompaktem Gehäuse bietet eine NVIDIA Jetson SoM GPU eine hohe Leistung bei niedrigem Energieverbrauch. So können unter anderem AI-Inferenz und Datenverarbeitung stabil durchgeführt werden. Zudem sind viele weitere industriellen Anforderungen möglich. Die GJ-Serie teilt die robusten Eigenschaften der GOLD-Produktlinie, einschließlich eines breiten Temperaturbereichs (-40°C bis 70°C), Stoßfestigkeit sowie IP-Schutz. Durch die Langzeitverfügbarkeit wird die GJ-Serie die beste Wahl für grundlegende Edge-AI-Anwendungen.

 Ganzkörper-Röntgenscanner

Sicherheitskräfte nutzen Ganzkörper-Röntgenscanner, um Personen und Gegenstände schnell auf gefährliche oder verbotene Gegenstände zu scannen. Durch fortschrittliche Röntgentechnologie können diese Scanner die Inspektionseffizienz und -genauigkeit verbessern, die Sicherheit gewährleisten und gleichzeitig die Arbeitsbelastung reduzieren, sodass weniger manuelle Eingriffe erforderlich sind.



Fallstudie: Ein Systemintegrator in Afrika designte den Cincoze GM-1000 (Vorgänger des GM-1100) Embedded GPU-Computer für sein Ganzkörper-Röntgenscanner-System ein. Der Scanner wird in Gefängnissen, Flughäfen, Verkehrsknotenpunkten, Grenzübergängen, Minen und anderen sicherheitsrelevanten Bereichen eingesetzt und spielt eine wichtige Rolle bei großen Veranstaltungen.

 Flughafen-E-Gate

Das E-Gate des Flughafens automatisiert vollständig die Identitätsverifikation der Passagiere und den Passagierprozess in stark frequentierten Terminals. Es verbessert die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Abfertigung, reduziert gleichzeitig die Betriebskosten des Flughafens und optimiert die Gesamteffizienz, wodurch Passagieren ein reibungsloseres Ablauf bei der Passage zum Flugzeug ermöglicht wird.



Fallstudie: Ein bekanntes europäisches multinationales Unternehmen wählte die Cincoze GM-1000 Embedded-Computer, um sie in das E-Gate-System für die automatische Passagierabfertigung am Flughafen zu integrieren. Der Computer ist verantwortlich für das Scannen von Pässen, die Steuerung der Tore und die Verbindung mit der Datenbank für die Gesichtserkennung.

 Automatische Gleiserkennung

Die Gleisinspektion ist entscheidend in Schienentransportsystemen, und automatische Gleisinspektionsfahrzeuge bieten eine effiziente und präzise Lösung, die den Zustand der Gleise sofort überwachen kann, wie z.B. Abnutzung, Verformung, Risse und andere Probleme. Die Inspektionsfahrzeuge verkürzen die Inspektionszeit, wodurch die Betriebskosten gesenkt und der stabile Betrieb sowie die Sicherheit des Gleises gewährleistet werden.



Fallstudie: Ein Unternehmen für Eisenbahnsystemtechnik, das auf die Herstellung von Gleisbau- und Wartungsmaschinen spezialisiert ist, wählte die Cincoze GP-3000 Embedded-Computer und setzte sie in seinen automatischen Gleisinspektionsfahrzeugen ein. Dieses Fahrzeug ist mit Lasersensoren und Kameras ausgestattet, die dafür verantwortlich sind, Bilder von der Unterseite des Zuges zu erfassen und durch Maschinenvisionstechnologie präzise Sicherheitsbeurteilungen der Gleise vorzunehmen.

 AOI

Automatisierte optische Inspektionssysteme (AOI) verwenden hochauflösende Kameras und Bildverarbeitungstechnologie, um automatisch Fehler in elektronischen Produkten zu erkennen, wie zum Beispiel Lötfehler und Komponentenfehlstellungen. Diese Systeme verbessern die Inspektionseffizienz, reduzieren manuelle Operationen und gewährleisten eine konsistente Produktqualität.



Fallstudie: Ein Hersteller von Automatisierungsgeräten in Südostasien verwendete den Cincoze GP-3000 in seinem PCBA-Fehlererkennungssystem. Das System nutzt AOI und Deep-Learning-Software, um PCBA-Fehler präzise zu erkennen und zu kennzeichnen, einschließlich Oberflächenfehlern des Materials, Lötfehlern und fehlenden oder fehljustierten Komponenten.