Společnost Beckhoff, která je jeden z lídrů v oblasti průmyslové automatizace, přináší novou funkcionalitu, která se zaměřuje na optimalizaci výkonu průmyslových PC.
Ta přináší zrychlení zpracování úloh, zlepšení přesnosti řízení strojů a snížení nákladů na hardware a software díky funkci Core Boost v softwaru TwinCAT 3.
Vícejádrový procesor
Vícejádrové procesory jsou dnes běžnou součástí každého PC, je však důležité si uvědomit, že řízení automatizačních úloh v reálném čase pomocí více jader procesoru stále není v průmyslu samozřejmostí. Vícejádrové zpracování v reálném čase vyžaduje sofistikované metody optimalizace a precizní řízení výkonu. Tato oblast je právě parketou firmy Beckhoff.
Možnost paralelního rozdělení řídicích úloh v systému TwinCAT 3 do více jader procesoru představuje řešení, které je v oblasti průmyslové automatizace poměrně unikátní. Zatímco pro operační systémy a aplikace je paralelní využití více jader standardem, v průmyslové automatizaci tomu tak není.
Existuje několik důvodů, proč tento přístup není v průmyslových úlohách. Jedním z nich je vysoký výkon moderních procesorů, který často převyšuje nároky řídicích aplikací, což snižuje potřebu paralelizace. Dalším faktorem je samotná komplexnost řídicích aplikací, které musí být pečlivě naplánovány a rozvrženy, aby jednotlivé úlohy na sebe korektně navazovaly a fungovaly. Tento proces může být pro vývojáře časově i technicky náročný. Nicméně Beckhoff nabízí řadu pokročilých technologií, které dokážou automaticky rozdělit výpočetní zátěž mezi více jader, což významně ulehčuje práci vývojářům.
Technologie multi-core/multi-tasking a Core Boost slouží k optimalizaci výpočetního výkonu vzhledem k vykonávaným úlohám. Ovšem představují dvě odlišné generace přístupů, který se liší nejen ve způsobu využití hardwaru, ale také v jejich aplikačních možnostech. Zatímco v některých situacích mohou fungovat nezávisle na sobě, v jiných případech se vzájemně doplňují.
Multi-core/multi-tasking
Technologie multi-core/multi-tasking byla poprvé představena v roce 2010 s verzí TwinCAT 3.1. V té době bylo zřejmé, že budoucnost vývoje procesorů bude směřovat k navyšování počtu jader, což umožní paralelní zpracování úloh. Tento přístup přinesl významnou výhodu v podobě snížení celkové doby výpočtu a současně efektivnější využití procesoru. S narůstajícím počtem jader však docházelo k poklesu výkonu jednotlivých jader. Proto se směr vývoje rozdělil do témat: navýšení počtu jader, efektivita procesoru a optimalizace distribuovaných výpočtů mezi jádry.
Možnost izolace jádra
Jednou z nejvyužívanějších možností této technologie je izolace jádra pro použití v TwinCAT 3. Tento přístup umožňuje vyhradit celé jádro procesoru výhradně pro zpracování úloh systému TwinCAT 3, což znamená, že operační systém nemá na toto jádro žádný přístup ani vliv. Tím se zajistí, že 100 % výpočetní kapacity tohoto jádra je využito pro řídicí úlohy, na rozdíl od standardního sdíleného nastavení, kde operační systém zabírá minimálně 10 % výpočetního času jádra. Dále také odpadá režijní čas spojený s předáváním úloh mezi TwinCAT 3 a operačním systémem.
Technologie Core boost představuje novinku
Technologie Core boost (integrace technologie Intel Turbo Boost do TwinCATu 3) přináší novou úroveň řízení výkonu procesorů. Tato možnost umožňuje individuální taktování jednotlivých jader procesorů Intel, aniž by bylo nutné zvyšovat frekvenci všech jader současně. Nově umožňuje fixní nastavení frekvence pro konkrétní jádro, což zefektivňuje využití výpočtového času.
Tato novinka, která přichází s nejnovější verzí TwinCAT 3 build 4026, je zatím dostupná pouze pro vybrané procesory Intel, od 11. generace výše. To znamená, že tato technologie není plošně dostupná ve všech průmyslových počítačích (IPC) od společnosti Beckhoff, ale je vyhrazena jen pro některé modelové řady a generace. Otázkou zůstává, jak se k taktování samostatných jader postaví Intel u menších procesorů, jako jsou například modely Atom, a jak na tuto technologii zareagují další výrobci procesorů, které společnost Beckhoff integruje do svých IPC.
Koncept této technologie staví na již zmíněné možnosti izolace jader, což je součást technologie multi-core. V praxi to znamená, že jádra mohou být rozdělena na dvě kategorie: izolovaná jádra, která budou využívána výhradně pro zpracování úloh v reálném čase systémem TwinCAT 3, a sdílená jádra, kde existují dva možné scénáře. V prvním scénáři běží na sdíleném jádře jak TwinCAT 3, tak operační systém. V tomto případě je nutné fixovat frekvenci jádra, protože jádro bude zajišťovat i zpracování úloh v reálném čase. Ve druhém scénáři bude „sdílené“ jádro vyhrazeno pouze pro operační systém a integrované aplikace, aniž by na něm běžely úlohy TwinCAT 3. Zde není nutné, aby jádro běželo v reálném čase, bude tedy mít proměnlivou frekvenci podle aktuálního zatížení, spotřeby energie a teploty procesoru.
Tento adaptivní přístup k řízení frekvence jednotlivých jader procesoru může být monitorován v příslušném okně, nebo lze hodnoty rovněž zobrazit v rámci vizualizace či aplikace. Tyto údaje jsou důležité při vytváření aplikací a manuálním nastavování frekvencí jader, protože optimalizací taktování jádra lze dosáhnout značného zrychlení prováděných úloh. Například na procesoru Intel® Core™ i7-11850HE je díky Core Boost možné zvýšit taktovací frekvenci z 2,6 GHz na 4,2 GHz, což vede k 50% zrychlení zpracování úloh. Tímto způsobem se už tak vysoká výpočetní kapacita jednoho jádra ještě zvýší, což umožňuje i náročné aplikace zpracovat v rámci jednoho jádra bez nutnosti paralelizace výpočtů do více jader. Tento přístup je tedy v podstatě opačný než paralelizace, protože maximalizuje výkon jednoho jádra pro konkrétní úlohy.
Technologie multi-core/multi-tasking a Core Boost v systému TwinCAT 3 od společnosti Beckhoff ukazují, jak se vývoj průmyslové automatizace posouvá směrem k vyšším výkonům a efektivitě. Paralelizace úloh a možnost individuálního taktování jader zvyšují schopnost systémů zvládat nejnáročnější aplikace v reálném čase. S dalším vývojem procesorů a rozšiřováním těchto a podobných technologií můžeme očekávat ještě větší flexibilitu a možnosti optimalizaci v oblasti automatizace.
Více informací o novém buildu 4026 najdete přímo na webu www.beckhoff.com.
Beckhoff Automation s.r.o.
Sochorova 23, 616 00 Brno
Tel.: +420 511 189-250
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.beckhoff.com/cs-cz/
