預(yù)集成軟硬件技術(shù)棧正推動(dòng)工作負(fù)載整合走向普及，這一主題值得展開深入探討。此前，OEM 廠商因顧慮開發(fā)復(fù)雜度，一直對(duì)工作負(fù)載整合技術(shù)持觀望態(tài)度。本文將深入剖析這些顧慮，并闡釋集成解決方案平臺(tái)如何助力企業(yè)破除障礙。

工作負(fù)載整合的落地難點(diǎn)

從歷史實(shí)踐來(lái)看，工作負(fù)載整合曾面臨一系列技術(shù)與組織層面的難題，這些難題一度被視為無(wú)法逾越的鴻溝。其中，遷移復(fù)雜度是被提及最多的顧慮。將系統(tǒng)架構(gòu)從多套獨(dú)立硬件平臺(tái)，遷移至整合式架構(gòu)，需要進(jìn)行周密規(guī)劃與全面驗(yàn)證。技術(shù)人員必須重新評(píng)估資源需求，并重驗(yàn)系統(tǒng)級(jí)的時(shí)序邏輯與輸入輸出（I/O）交互流程，以確保系統(tǒng)在虛擬化環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。

資源爭(zhēng)用問題—— 通常被稱為 “吵鬧鄰居” 效應(yīng) —— 是另一大痛點(diǎn)。當(dāng)多個(gè)工作負(fù)載共享處理器內(nèi)核、內(nèi)存或輸入輸出接口時(shí)，任務(wù)之間很可能產(chǎn)生相互干擾。如果缺乏有效的資源分區(qū)與調(diào)度機(jī)制，實(shí)時(shí)性任務(wù)的執(zhí)行可能出現(xiàn)抖動(dòng)、延遲，甚至錯(cuò)過任務(wù)截止時(shí)間。

安全性與合規(guī)性則帶來(lái)了更多挑戰(zhàn)。整合式平臺(tái)往往需要同時(shí)承載多種風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)截然不同的工作負(fù)載，例如將聯(lián)網(wǎng)的人機(jī)界面（HMI）與高可靠性的實(shí)時(shí)控制任務(wù)部署在同一系統(tǒng)中。這種混合部署模式大幅提升了整體系統(tǒng)的安全防護(hù)難度。合規(guī)性要求同樣是一大顧慮，在監(jiān)管嚴(yán)格的行業(yè)中，這一問題尤為突出。

此外，前期投入成本也是不容忽視的門檻。工程研發(fā)時(shí)間、軟件授權(quán)費(fèi)用以及系統(tǒng)集成工作量，會(huì)形成較高的準(zhǔn)入壁壘。尤其是在碎片化的生態(tài)體系中，硬件、操作系統(tǒng)、虛擬機(jī)監(jiān)控程序與中間件供應(yīng)商的方案往往無(wú)法無(wú)縫兼容，進(jìn)一步加劇了這一問題。

集成平臺(tái)如何支持工作負(fù)載整合

許多傳統(tǒng)上與工作負(fù)載整合相關(guān)的挑戰(zhàn)，現(xiàn)在正通過集成的硬件和軟件平臺(tái)得到解決。這些解決方案平臺(tái)從零開始設(shè)計(jì)，支持實(shí)時(shí)環(huán)境中的虛擬化，將計(jì)算模塊、預(yù)配置的虛擬機(jī)監(jiān)控程序和流行的作系統(tǒng)（OS）整合到一個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證的單一棧中（見圖）。

OEM現(xiàn)在可以利用專為工作負(fù)載整合設(shè)計(jì)的應(yīng)用就緒解決方案平臺(tái)，如conga-aCOM/cRLP平臺(tái)。這是一個(gè)COM-HPC客戶端尺寸A模塊。

對(duì)于OEM來(lái)說(shuō)，這種新方法顯著降低了工作量和風(fēng)險(xiǎn)。工程團(tuán)隊(duì)無(wú)需投入時(shí)間在底層集成上，而是專注于利用工作負(fù)載整合的優(yōu)勢(shì)。

以資源優(yōu)化為例。由于解決方案級(jí)平臺(tái)的組件設(shè)計(jì)成協(xié)同工作，它們提供了更可靠的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè)的性能。這些平臺(tái)還可以預(yù)配置以隔離實(shí)時(shí)和非關(guān)鍵工作負(fù)載，從而最大限度地減少“鄰居噪聲”問題的風(fēng)險(xiǎn)。

集成平臺(tái)還提供預(yù)先驗(yàn)證的安全和合規(guī)功能，如安全啟動(dòng)機(jī)制、可信執(zhí)行環(huán)境以及定期安全更新。通過提供已知良好配置，這些系統(tǒng)簡(jiǎn)化了受監(jiān)管行業(yè)的認(rèn)證流程，并降低了配置錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，預(yù)集成支持可擴(kuò)展性和生命周期管理。通過協(xié)調(diào)的固件、中間件和作系統(tǒng)更新，OEM廠商獲得了更易維護(hù)且隨時(shí)間演進(jìn)的解決方案。這在長(zhǎng)生命周期應(yīng)用中尤為重要，因?yàn)榉€(wěn)定的性能和持續(xù)支持至關(guān)重要。

簡(jiǎn)而言之，集成平臺(tái)有助于消除許多曾經(jīng)讓工作負(fù)載整合困難的障礙。結(jié)果是部署路徑更快，開發(fā)流程更可預(yù)測(cè)。

集成平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

集成工作負(fù)載整合平臺(tái)基于模塊化架構(gòu)，為廣泛的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的起點(diǎn)。表中展示了一個(gè)具有代表性的平臺(tái)示例。它包含高性能計(jì)算模塊、實(shí)時(shí)虛擬機(jī)管理程序、商業(yè)作系統(tǒng)和預(yù)集成中間件以加速開發(fā)。

集成解決方案平臺(tái)的典型例子。

硬件是基礎(chǔ)

該方法的基礎(chǔ)是基于COM-HPC等開放標(biāo)準(zhǔn)的模塊上計(jì)算機(jī)（COM）。這些COM以高性能CPU（如第13代英特爾Core處理器）為核心，提供現(xiàn)代工作負(fù)載所需的性能和擴(kuò)展性。為確保熱穩(wěn)定性，這些平臺(tái)可集成主動(dòng)熱管冷卻方案。

一塊容量大的128GB NVMe固態(tài)硬盤（SSD）可滿足多種工作負(fù)載，而16GB支持錯(cuò)誤更正碼（ECC）的DDR5 DRAM則確保了可靠的性能。為支持高吞吐量和確定性數(shù)據(jù)路徑，COM模塊還應(yīng)提供先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)，如支持10 GbE和安全關(guān)鍵域的隔離接口。

預(yù)集成和預(yù)配置軟件

在軟件層面，虛擬機(jī)監(jiān)控程序已預(yù)先集成并預(yù)配置了隔離的虛擬機(jī)（VM）。這使得實(shí)時(shí)作系統(tǒng)和通用作系統(tǒng)能夠并行運(yùn)行，不受干擾。通常支持商業(yè)作系統(tǒng)選項(xiàng)，如Ubuntu Pro和工業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)Linux發(fā)行版，提供長(zhǎng)期支持并降低集成風(fēng)險(xiǎn)。

中間件嶄露頭角

支持硬件和軟件棧的是用于物聯(lián)網(wǎng)連接、人機(jī)界面開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)安全等關(guān)鍵功能的庫(kù)和工具。對(duì)于更大或更動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，OpenStack、VMware vSphere 或 Kubernetes 等編排平臺(tái)也可用于更高效地管理和部署工作負(fù)載。

這些構(gòu)建模塊共同構(gòu)成了一個(gè)可擴(kuò)展、經(jīng)過驗(yàn)證的解決方案平臺(tái)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)集成，同時(shí)為復(fù)雜的嵌入式設(shè)計(jì)提供了所需的靈活性。

單平臺(tái)混合臨界系統(tǒng)

集成平臺(tái)消除了許多傳統(tǒng)上工作量整合的障礙。因此，OEM現(xiàn)在可以在單一平臺(tái)上部署復(fù)雜的混合關(guān)鍵性系統(tǒng)——結(jié)合實(shí)時(shí)控制、AI分析和互聯(lián)接口——以更高的信心和降低開發(fā)開銷。對(duì)于那些一直猶豫采用虛擬化的OEM來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在正是重新考慮這項(xiàng)強(qiáng)大技術(shù)優(yōu)勢(shì)的時(shí)候。