Máy tính nhúng là gì?

Máy tính nhúng là nền tảng máy tính được xây dựng có mục đích, được thiết kế cho một nhiệm vụ cụ thể, do phần mềm điều khiển.

Đây không phải là loại máy tính tiêu dùng dạng tower hoặc máy tính để bàn điển hình thường sử dụng để làm việc tại nhà hoặc tại văn phòng. Các ứng dụng của máy tính nhúng có thể bao gồm từ Tự động hóa công nghiệp, Biển báo kỹ thuật số, Xe tự hành…

Thông thường, máy tính nhúng là các thiết bị phần cứng, được sử dụng chủ yếu ở trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như nhiệt độ khắc nghiệt, rung, sốc, bụi và độ ẩm.

Có nhiều loại máy tính nhúng khác nhau, từ PC box công nghiệp, Panel PC, máy tính công nghiệp mini, industrial rackmount server, vehicle computer và IoT gateway.

Đặc điểm máy tính nhúng

Mặc dù các máy tính nhúng được thiết kế với một loạt các hệ thống có mục đích đặc biệt, có những đặc điểm chung giữa chúng mang lại những ưu điểm vượt trội trong nhiều điều kiện tính toán:

Small form factor làm giảm độ phức tạp của thành phần với các thành phần hàn và thiết kế SoC, cho phép triển khai các ứng dụng khác nhau ở các vị trí giới hạn.

Làm mát thụ động thông qua các ống dẫn nhiệt và tản nhiệt giúp loại bỏ sự cần thiết của quạt cơ tiếp xúc với các bộ phận bên trong với bụi và mảnh vụn. Hầu hết các máy tính nhúng sử dụng các thành phần công suất thiết kế nhiệt thấp (TDP) kết hợp với thiết kế làm mát thụ động. Sự kết hợp này là một đặc điểm chính của điện toán nhúng giúp tản nhiệt có hại do các thành phần tạo ra. Kiểu thiết kế này làm cho nó khả thi cho việc triển khai tính toán nhúng trong các ứng dụng chuyên dụng - nơi nhiệt độ có thể không được kiểm soát. Tìm hiểu thêm về sự khác biệt của phương pháp làm mát thụ động và chủ động trong điện toán công nghiệp nhúng: Làm mát thụ động là gì và nó được áp dụng cho máy tính công nghiệp như thế nào?

Các tính năng thiết kế chắc chắn hỗ trợ nhiệt độ hoạt động rộng, điện áp rộng và khả năng chống sốc và rung. Những tính năng này là cần thiết trong việc đảm bảo tuổi thọ và tính ổn định của sản phẩm để giảm thiểu các điểm hỏng hóc. Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng cho phép triển khai trong môi trường ngoài trời, nơi nhiệt độ không thể kiểm soát được và bảo vệ điện áp rộng là cần thiết cho các môi trường gặp phải sự đột biến điện áp. Ngoài ra, khả năng chống sốc và rung là không thể thiếu đối với các ứng dụng trên xe.

Bảo trì rất ít và độ tin cậy cao vô cùng quan trọng đối với các máy tính nhúng, đó là lý do tại sao chúng dựa vào các thiết kế không quạt và không có dây để giảm thiểu số lượng các thành phần chuyển động. Những kiểu thiết kế cụ thể này làm giảm nguy cơ hỏng hóc các thành phần trong các ứng dụng luôn tồn tại yếu tố rung sốc. Ngoài ra, một số ứng dụng công nghiệp yêu cầu các hệ thống chạy liên tục vì việc sửa chữa hoặc tắt máy có thể gây bất lợi cho quá trình sản xuất, do đó, máy tính nhúng có khả năng cung cấp độ tin cậy lâu dài cho chức năng hoặt động 24/7.

Bản chất chuyên dụng của máy tính nhúng cho phép chúng tận dụng phần mềm tùy chỉnh để giảm thiểu yêu cầu phần cứng. Ví dụ: Microsoft cung cấp một phiên bản Windows (Win 10 IoT) được nhắm mục tiêu cụ thể cho các ứng dụng nhúng và IoT. Windows 10 IoT có các công cụ phát triển hữu ích và hỗ trợ thông tin giúp đơn giản hóa quy trình để bạn có thể tạo ra tầm nhìn IoT của riêng mình.

Tiêu thụ điện năng thấp thông qua các bộ xử lý tiết kiệm năng lượng hơn để giảm lượng nhiệt được tạo ra bởi các bộ phận bên trong. Ví dụ, Intel cung cấp một dòng bộ xử lý di động SoC đa lõi có tính năng xử lý năng lượng hiệu quả với mức tiêu thụ điện năng thấp. Điều này giúp loại bỏ quạt và các bộ phận chuyển động làm giảm mức tiêu thụ điện năng để đạt được chi phí thấp hơn. Tìm hiểu thêm về sự khác biệt giữa hệ thống trên chip (Soc) so với bộ xử lý ổ cắm.

Internet vạn vật (IoT) sẽ là nền tảng cho những người tích hợp hệ thống nhúng đang tìm cách biến đổi sản phẩm của họ bằng AI, học máy và điện toán cạnh. Hệ sinh thái IoT tập hợp dữ liệu cảm biến mà họ thu thập với khả năng xử lý của các máy tính nhúng. IoT khuyến khích các công ty tăng cường năng suất và thay đổi cách tiếp cận kinh doanh.

Máy tính nhúng ứng dụng trong hệ thống giám sát giao thông

Ứng dụng phổ biến nhất của máy tính nhúng

Máy tính nhúng đã trở thành một thứ thiết yếu trong cuộc sống của chúng ta, được tích hợp trong hầu hết các thiết bị điện tử mà chúng ta sử dụng hàng ngày. Một số ứng dụng có thể kế đến như:

• Bảo mật và giám sát: Các hệ thống nhúng cung cấp truy cập nguồn cấp dữ liệu trực quan hoàn chỉnh từ camera IP và cảm biến trên điện thoại di động của bạn từ mọi nơi. Chúng có thể được cài đặt trong nhà của bạn hoặc trong các dịch vụ giao thông công cộng.
• Thị giác máy: Sự kết hợp giữa phần cứng công nghiệp và phần mềm được đào tạo để hướng dẫn vận hành cho các thiết bị dựa trên việc thu thập và phân tích dữ liệu cảm biến hình ảnh. Các ứng dụng bao gồm từ sản xuất tự động cho đến sản xuất co-bot.
• Biển báo kỹ thuật số: Sử dụng màn hình kỹ thuật số như bảng đèn LED, màn hình độ phân giải cao và máy chiếu để hiển thị nội dung thông tin. Sử dụng phổ biến nhất là cho quảng cáo kỹ thuật số.
• Tự động hóa nhà máy: Sử dụng các công nghệ điện toán thời gian thực để kiểm soát và giám sát các quy trình, thiết bị và máy móc công nghiệp. Các tác vụ lặp đi lặp lại trên một dây chuyền sản xuất có thể dễ dàng tự động để làm việc thông qua các quy trình được xác định rõ, giảm sự tương tác của con người đến mức tối thiểu.
• Vận tải: Máy tính nhúng cung cấp truyền dữ liệu an toàn và đáng tin cậy giữa các cảm biến và các thiết bị khác. Với sự khởi đầu của kết nối 5G, việc truyền dữ liệu ngày càng nhanh hơn và hiệu quả hơn, cho phép các quyết định được đưa ra trong thời gian thực, điều này sẽ giúp tự động hóa ngành vận tải, từ các chuyến bay đến ô tô.
• Kiốt tự phục vụ: Để cung cấp trải nghiệm khách hàng tốt hơn, các nhà sản xuất máy ki-ốt kết hợp phần mềm và công nghệ tương tác trong máy tính, màn hình cảm ứng, cảm biến thông minh và máy ảnh. Sự kết hợp độc đáo của cả phần mềm và phần cứng nhúng cung cấp các máy kiosk có khả năng phản hồi cao giúp chuyển đổi trải nghiệm của người dùng cuối trong thời gian thực. Những máy đáng tin cậy đã được thử nghiệm để chịu đựng các môi trường kiốt được triển khai.