在流程應用中支持高能效邊緣AI的設計

過(guò)程控制不僅限于傳統的過(guò)程工業(yè)。它正在成為“智能”制造的代名詞，確保范圍廣泛且通常松散耦合的活動(dòng)能夠順利地協(xié)同工作。這包括加強邊緣，減少對中央分層控制的依賴(lài)，以及轉向響應速度更快、實(shí)時(shí)、適應性更強的運營(yíng)。

邊緣計算實(shí)現了這一轉變，提供了實(shí)時(shí)監控，并為基于算法的邊緣控制打開(kāi)了大門(mén)。

在邊緣更快地訪(fǎng)問(wèn)更多數據是減少延遲的直接產(chǎn)物?，F在甚至可以做出決策。邊緣計算的趨勢已經(jīng)確立，即在數據或進(jìn)程活動(dòng)處或附近進(jìn)行盡可能多的處理。但現在，隨著(zhù)更多計算密集型和耗電的邊緣應用（包括生成式 AI）的出現，系統設計人員需要重新考慮他們正在做什么，以及他們如何在邊緣典型的功耗限制下完成這些工作。

邊緣計算和高級 AI 之間存在天然的協(xié)同作用。智能過(guò)程控制中邊緣計算的總體發(fā)展將不可避免地包括 AI，因為新的片上系統解決方案針對這種方法進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)將 AI 應用程序定位在生成數據的位置，邊緣計算可以提供更好的預測分析和控制策略，從而改進(jìn)過(guò)程控制系統。

但是，所有邊緣 計算都面臨的挑戰是找到足夠的能力。一些邊緣站點(diǎn)可以隨時(shí)使用交流線(xiàn)路電源，但其他站點(diǎn)則沒(méi)有這樣的設備。AI 應用程序的問(wèn)題變得更加嚴重，這些應用程序往往是貪婪的電力消費者。

為邊緣 AI 做好準備：電源和硬件注意事項

首先評估已經(jīng)可用或隨時(shí)可用的功率?？紤]可能需要多少 AI 電源，以及使用現有電源（如有線(xiàn)現場(chǎng)交流或直流電源）或可以輕松添加的電源來(lái)適應 AI 電源的可行性。

對于某些邊緣用途，單獨使用電池供電可能是一種選擇。但是，由于 AI 功率需求高，最好將其視為補充或備份，以確保即使在電力需求高峰或中斷的情況下也能運行。

太陽(yáng)能/電池可能為戶(hù)外且遠離中央電源的邊緣作提供長(cháng)期選擇，但它可能只能作為大多數 AI 邊緣需求的補充。更不尋常的電源可能包括基于羅特曼透鏡的整流天線(xiàn)，用于毫米波收集未使用的 5G 網(wǎng)絡(luò )能量。這已應用于為傳感器供電，盡管除了最小的 AI 處理需求外，它可能不足以滿(mǎn)足所有需求。當然，不依賴(lài)于陽(yáng)光可用性等變量的更簡(jiǎn)單的解決方案往往是更可靠的解決方案。

評估邊緣 AI 的功耗要求

邊緣 AI 所需的能量因復雜性和所考慮的任務(wù)而異。一個(gè)消息來(lái)源引用了用于 AI 的基于 GPU 的處理器的部署，該處理器的功耗為 20 到 30 W。執行處理的同一節點(diǎn)可能還需要為 routing switch、傳感器等供電，這意味著(zhù)最好規劃更多的電源需求，而不是更少。

例如，通過(guò)電池管理系統監控用電量對于持續管理和滿(mǎn)足任何潛在的報告要求都是一個(gè)好主意。

電源必須提供效率和可靠性，同時(shí)通常需要緊湊且堅固耐用。AI 提供的可變工作負載是對自適應或智能電源管理功能的邀請，以盡可能降低消耗。模塊化和可擴展性也可以是支持不斷增長(cháng)的部署或設施重新配置時(shí)需要考慮的功能。

在邊緣 AI 應用的云處理和設備端處理之間做出決定

雖然在本地“執行”AI 的能力有所增長(cháng)，但電源管理要求可能有利于替代方案：云。但這也伴隨著(zhù)警告。

一個(gè)明顯的問(wèn)題是延遲。但是，如果特定應用程序可以容忍一些延遲，并且比在傳統數據中心進(jìn)行處理更有意義，那么云是一個(gè)可行的選擇。

云中的處理涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸數據和訪(fǎng)問(wèn)云，這并非沒(méi)有電力需求，但這通常會(huì )低于在本地運行 AI 應用程序所需的電力。也許最大的擔憂(yōu)是安全性（盡管這通常是可控的）和延遲（可能更難預測或控制）。

“邊緣站點(diǎn)的能源管理”的作者（參見(jiàn)下面的參考資料）指出，當有多個(gè)計算節點(diǎn)時(shí)，可以節省能源，并且根據特定用例，在某些運行期間，處理可能會(huì )受到限制甚至消除。他們還概述了用于邏輯控制此類(lèi)情況的各種架構（見(jiàn)圖），“通過(guò)確定應用程序可用性和邊緣站點(diǎn)功耗之間的最佳折衷方案，而無(wú)需在邊緣站點(diǎn)使用專(zhuān)用/定制硬件。

邊緣 AI 能量控制方法可以提供細粒度控制;例如，在 AI 處理高峰期提供功率和全容量，并在其他時(shí)間切換到低功耗模式。步驟 A 認為控制平面收到將站點(diǎn)置于低功耗模式的命令，這會(huì )觸發(fā)控制平面以確定站點(diǎn)中所有正在運行的節點(diǎn)是否都已滿(mǎn)載。如果節點(diǎn)已滿(mǎn)載，則 power-down 命令將被拒絕，因為考慮到站點(diǎn)上運行的當前應用程序集，無(wú)法降低站點(diǎn)的功耗。但是，如步驟 B 所示，如果所有節點(diǎn)均未完全加載，則可以通過(guò)從站點(diǎn)重新分發(fā)節點(diǎn)上正在運行的應用程序來(lái)關(guān)閉某些節點(diǎn)。

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雖然電力和數據移動(dòng)是不同的領(lǐng)域，但應同時(shí)考慮它們。電源和數據連接都是潛在的故障點(diǎn);因此，邊緣 AI 需要故障安全和/或故障轉移選項，以捕獲狀態(tài)并提供對故障來(lái)源和性質(zhì)的見(jiàn)解。

這不應該在真空中考慮，而應該與地點(diǎn)或活動(dòng)的需求和期望相關(guān)。整個(gè)運營(yíng)的可靠性狀況如何？是否有備用電源或電池組來(lái)確保連續運行？與整個(gè)設施或流程的期望保持一致是謹慎的做法，以確保相關(guān)性并避免過(guò)高的成本。

當然，實(shí)際上，電源布線(xiàn)和數據布線(xiàn)通?？梢詤f(xié)調完成。