摘要

　　高端半導(dǎo)體視覺設(shè)備可能同時(shí)安裝GPU、幀抓取卡、FPGA、PoE網(wǎng)卡和運(yùn)動(dòng)控制卡，插槽數(shù)量與類型會(huì)直接影響系統(tǒng)集成。本文圍繞“工控機(jī)可擴(kuò)展pcie”需求，對比DT-S4010MB-BQ670MA多槽平臺(tái)與DTB-3116-Q670E緊湊方案，解析不同視覺架構(gòu)的擴(kuò)展思路。

　　一、先統(tǒng)計(jì)板卡，再選擇主機(jī)

　　圍繞“工控機(jī)可擴(kuò)展pcie”進(jìn)行選型時(shí)，處理器并不是唯一入口。高端AOI、SPI及半導(dǎo)體視覺設(shè)備通常會(huì)使用多類擴(kuò)展板卡，每張板卡承擔(dān)不同的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算或控制任務(wù)。

　　網(wǎng)絡(luò)相機(jī)可直接通過網(wǎng)口傳輸圖像，但Camera Link、CoaXPress等相機(jī)通常需要幀抓取卡。深度學(xué)習(xí)算法可能配置GPU，高速圖像預(yù)處理可使用FPGA板卡，多相機(jī)系統(tǒng)還可能增加PoE網(wǎng)卡。

　　此外，視覺設(shè)備可能需要運(yùn)動(dòng)控制卡連接平臺(tái)、機(jī)械機(jī)構(gòu)或觸發(fā)系統(tǒng)。多類板卡同時(shí)進(jìn)入一臺(tái)工控機(jī)后，擴(kuò)展槽的數(shù)量、規(guī)格和機(jī)箱空間會(huì)成為系統(tǒng)架構(gòu)的重要組成部分。

　　因此，多卡視覺平臺(tái)應(yīng)先梳理GPU、采集卡、通信卡和控制卡的組成，再選擇相應(yīng)主機(jī)結(jié)構(gòu)，而不是選定工控機(jī)后再被動(dòng)尋找剩余插槽。

　　二、多槽4U平臺(tái)集中承載專業(yè)板卡

　　DT-S4010MB-BQ670MA提供2個(gè)PCIe x16插槽、3個(gè)PCIe x4插槽及1個(gè)PCI插槽，整機(jī)共配置6個(gè)PCIe擴(kuò)展位和1個(gè)PCI擴(kuò)展位，可用于構(gòu)建多板卡視覺系統(tǒng)。

　　2個(gè)PCIe x16插槽可用于獨(dú)立GPU及高帶寬圖像采集卡。GPU負(fù)責(zé)深度學(xué)習(xí)推理或復(fù)雜圖像計(jì)算，幀抓取卡則連接相應(yīng)工業(yè)相機(jī)，并將高速圖像數(shù)據(jù)傳輸至主機(jī)。

　　3個(gè)PCIe x4插槽可用于FPGA預(yù)處理卡、PoE網(wǎng)卡、運(yùn)動(dòng)控制卡及其他專業(yè)設(shè)備。不同板卡通過獨(dú)立擴(kuò)展通道進(jìn)入系統(tǒng)，使圖像采集、算法處理和運(yùn)動(dòng)控制能夠集中在同一平臺(tái)運(yùn)行。

　　產(chǎn)品還保留1個(gè)PCI插槽，可承接部分傳統(tǒng)采集卡或既有控制板卡。對于已有視覺設(shè)備升級項(xiàng)目，PCI與PCIe并存能夠保留更多原有硬件資源。

　　多槽設(shè)計(jì)的價(jià)值，在于將不同功能模塊集中到一臺(tái)計(jì)算平臺(tái)。視覺軟件可以統(tǒng)一調(diào)用相機(jī)數(shù)據(jù)、GPU算法和運(yùn)動(dòng)控制資源，減少多臺(tái)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及系統(tǒng)維護(hù)。

　　三、電源與機(jī)箱支撐多卡運(yùn)行

　　擴(kuò)展槽數(shù)量只是多板卡集成的基礎(chǔ)。GPU、PoE網(wǎng)卡、FPGA和采集卡同時(shí)運(yùn)行時(shí)，還會(huì)增加機(jī)箱內(nèi)部的供電和散熱負(fù)載。

　　DT-S4010MB-BQ670MA標(biāo)配550W工業(yè)電源，可配置冗余電源方案，為GPU及多擴(kuò)展卡提供供電基礎(chǔ)。產(chǎn)品采用4U短款結(jié)構(gòu)，機(jī)箱尺寸為427×330×176mm，在保留多槽空間的同時(shí)，將機(jī)箱深度控制在330mm。

　　短款4U結(jié)構(gòu)適合部署于深度受限的視覺設(shè)備機(jī)柜。1.2mm SGCC鍍鋅鋼板機(jī)箱可為內(nèi)部主板、顯卡和專業(yè)擴(kuò)展卡提供安裝框架，并通過主動(dòng)風(fēng)道帶走多板卡運(yùn)行產(chǎn)生的熱量。

　　DT-S4010MB-BQ670MA支持第12代、第13代、第14代酷睿處理器，最大支持128GB DDR4內(nèi)存。CPU、內(nèi)存與多PCIe資源共同構(gòu)成視覺系統(tǒng)的計(jì)算和擴(kuò)展底座。

　　四、單槽嵌入式方案強(qiáng)調(diào)緊湊集成

　　并非所有視覺設(shè)備都需要同時(shí)安裝多張板卡。部分半導(dǎo)體檢測設(shè)備主要使用網(wǎng)絡(luò)相機(jī)，只需要增加一張GPU或幀抓取卡，同時(shí)對無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)和設(shè)備內(nèi)部安裝提出要求。

　　DTB-3116-Q670E提供1個(gè)PCIe x16插槽，可安裝半高GPU或相應(yīng)圖像采集卡；產(chǎn)品還配置1個(gè)Mini-PCIe和1個(gè)M.2 B key接口，可擴(kuò)展無線通信及其他功能模塊。

　　網(wǎng)絡(luò)方面，該型號自帶5個(gè)2.5G網(wǎng)口和1個(gè)千兆網(wǎng)口，部分網(wǎng)口可選PoE+。大量相機(jī)連接任務(wù)可直接由主機(jī)網(wǎng)口承擔(dān)，從而減少額外PoE網(wǎng)卡對PCIe插槽的占用。

　　DTB-3116-Q670E采用240×225×90mm緊湊機(jī)身和全密封無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，適合嵌入檢測設(shè)備內(nèi)部。對于以網(wǎng)絡(luò)相機(jī)為主、只需要單張專業(yè)擴(kuò)展卡的視覺系統(tǒng)，可以在較小體積內(nèi)完成圖像接入與本地計(jì)算。

　　工控機(jī)可擴(kuò)展pcie并不意味著插槽越多越合適。多槽4U平臺(tái)適合GPU、幀抓取卡、FPGA和控制卡同時(shí)部署；嵌入式單槽平臺(tái)則利用板載多網(wǎng)口減少擴(kuò)展卡數(shù)量，形成更緊湊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　五、軟件環(huán)境連接所有硬件模塊

　　擴(kuò)展板卡安裝完成后，還需要由操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)和視覺軟件建立統(tǒng)一運(yùn)行環(huán)境。幀抓取卡負(fù)責(zé)將圖像送入系統(tǒng)，GPU執(zhí)行算法計(jì)算，運(yùn)動(dòng)控制卡同步設(shè)備動(dòng)作，視覺軟件完成任務(wù)管理和結(jié)果輸出。

　　DT-S4010MB-BQ670MA支持Windows 10、Windows 11及Linux，可運(yùn)行Halcon、VisionPro、OpenCV和MATLAB等軟件。DTB-3116-Q670E支持Windows及Ubuntu Linux，也可適配主流視覺開發(fā)環(huán)境。

　　對于多卡視覺系統(tǒng)，統(tǒng)一部署操作系統(tǒng)、板卡驅(qū)動(dòng)和視覺軟件，有助于減少不同模塊分散安裝帶來的環(huán)境差異。東田工控可圍繞擴(kuò)展卡組合、系統(tǒng)預(yù)裝、驅(qū)動(dòng)部署和基礎(chǔ)性能優(yōu)化提供整機(jī)方案支持。

　　半導(dǎo)體視覺設(shè)備的擴(kuò)展規(guī)劃也需要考慮后續(xù)功能增加。預(yù)留合適的PCIe通道，可為新增相機(jī)、升級GPU或增加控制模塊提供硬件空間，減少系統(tǒng)升級對現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)的影響。

　　結(jié)語

　　高端視覺檢測主機(jī)的擴(kuò)展能力，需要圍繞具體板卡任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃。DT-S4010MB-BQ670MA以多PCIe及PCI插槽承接GPU、幀抓取卡、FPGA和運(yùn)動(dòng)控制卡，DTB-3116-Q670E則通過板載多網(wǎng)口與單PCIe x16形成緊湊方案，為工控機(jī)可擴(kuò)展pcie在不同半導(dǎo)體檢測設(shè)備中的應(yīng)用提供兩種集成路徑。

　　FAQ

　　工控機(jī)可擴(kuò)展pcie主要可以安裝哪些板卡？

　　可用于安裝獨(dú)立GPU、圖像幀抓取卡、FPGA板卡、PoE網(wǎng)卡、運(yùn)動(dòng)控制卡及其他專業(yè)擴(kuò)展設(shè)備。

　　DT-S4010MB-BQ670MA有多少擴(kuò)展插槽？

　　產(chǎn)品配置2個(gè)PCIe x16、3個(gè)PCIe x4及1個(gè)PCI插槽，共提供6個(gè)PCIe擴(kuò)展位和1個(gè)PCI擴(kuò)展位。

　　為什么視覺系統(tǒng)需要幀抓取卡？

　　Camera Link、CoaXPress等相機(jī)需要相應(yīng)采集卡將圖像傳輸至工控機(jī)，并為高速圖像數(shù)據(jù)建立專用采集通道。

　　DTB-3116-Q670E適合多板卡系統(tǒng)嗎？

　　該型號側(cè)重緊湊無風(fēng)扇部署，提供1個(gè)PCIe x16及多個(gè)板載高速網(wǎng)口，更適合網(wǎng)絡(luò)相機(jī)為主、單卡擴(kuò)展的視覺方案。

　　PCIe插槽多是否代表系統(tǒng)性能一定更高？

　　不是。插槽數(shù)量決定擴(kuò)展空間，實(shí)際系統(tǒng)能力還取決于CPU、GPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)、供電、散熱及視覺軟件配置。