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Die richtige CPU ist wichtig Künstliche Intelligenz in IoT am Edge nutzen

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Welcher Prozessor ist der richtige für mein IoT-Projekt in Verbindung mit KI? Kommt am IoT-Edge-Gateway künstliche Intelligenz zum Einsatz, ermöglicht die Struktur eine bessere Analyse und Steuerung von kompletten IoT-Projekten. Dazu sind Prozessoren notwendig, die leistungsstark sind, über ausreichend Sicherheitsfunktionen verfügen und gleichzeitig Stabilität bieten.

Wenn IoT-Projekte mit KI aufgesetzt werden, spielt der Prozessor eine entscheidende Rolle.
Wenn IoT-Projekte mit KI aufgesetzt werden, spielt der Prozessor eine entscheidende Rolle.
(Bild: Intel Corporation)

IoT-Projekte sind in den meisten Unternehmen nicht mehr wegzudenken. Bis 2029 sind laut Gartner bis zu 15 Milliarden IoT-Geräte mit Unternehmensinfrastrukturen verbunden und erledigen damit vielfältige Aufgaben (https://www.gartner.com/smarterwithgartner/gartner-predicts-the-future-of-cloud-and-edge-infrastructure).

Künstliche Intelligenz (KI) gehört auch in IoT-Projekten im Zusammenhang mit Edge-Gateways immer mehr zu den wichtigen Komponenten. Edge-Gateways mit KI ermöglichen das Analysieren und Weiterverarbeiten von Daten direkt an den Endpunkten. Die Gateways greifen die Daten bereits am Ort der Entstehung ab und ermöglichen eine Weiterverarbeitung im Rahmen von verschiedensten Projekten bei der Digitalisierung von Unternehmensprozessen.

Mit den richtigen CPUs erhält die dazu notwendige KI auf dem Edge-Gateway die richtige Power, um ihre Aufgaben durchführen zu können. Das gilt natürlich für alle anderen Komponenten in der IoT-Infrastruktur genauso. Das Edge-Gateway ist in einem solchen Szenario der Dreh- und Angelpunkt.

Welche Rolle spielt ein Edge-Gateway bei IoT-Projekten?

IoT-Gateways sammeln Maschinen- und Prozessdaten von verschiedenen IoT-Geräten und Sensoren in einer IoT-Infrastruktur. Die Daten stehen anschließend in der Cloud zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Ein IoT-Edge-Gateway ist in diesem Zusammen auch in der Lage, Prozesse mit Hilfe künstlicher Intelligenz zu optimieren. Beispiele dafür sind Predictive Maintenance (vorausschauende Wartung) oder auch Automatisierungen und Analysen in den verschiedenen Bereichen. Dabei ist es wichtig, dass ein Gateway zukunftssicher gestaltet ist und auch bei weiter steigenden Anforderungen noch Schritt halten kann.

Warum muss das Edge-Gateway mit einem passenden Prozessor ausgestattet sein?

Hinsichtlich der Rechenleistung ist es nahezu unerlässlich, die Architektur so zu gestalten, dass KI- und ML-Funktionen jederzeit integrierbar sind – oder am besten gleich mit an Bord geholt werden. Gleichzeitig spielen Sicherheitsfunktionen eine wichtige Rolle, damit analysierte und gespeicherte Daten nicht in falsche Hände gelangen.

Bei leistungsfähigen CNC-Steuerungen, Visualisierungen, Bildbearbeitung sowie bei Einsätzen mit KI und Machine Learning ist höchste Rechenleistung notwendig, die parallel auch noch sehr skalierbar sein muss. Ein IoT-Projekt wächst ständig. Das gilt auch für die Anforderungen an die eingesetzte Hardware.

Welche Prozessoren sind ideal für ein Edge-Gateway beim Einsatz von KI?

Die für IoT optimierten Intel® Xeon® D Prozessoren (Code Name: Ice Lake D) bieten auf Basis der 10 nm gefertigten Sunny-Cove-Architektur, mit Xeon D-1700 und D-2700 neue Prozessoren mit bis zu 20 Kernen, die für den Einsatz auf Highend-Servern und damit auf Edge-Gateways optimiert sind. Intel Xeon D-1700 bieten 4 bis 10 Kerne, während Xeon D-2700 bis zu 20 CPU-Kerne umfassen können. Zusammen mit der erhöhten Leistung der einzelnen Kerne und der maximalen Anzahl an Kernen pro CPU, ergibt sich ein flexibles Leistungsspektrum.

Das sind die Vorteile von Intel® Xeon® D-1700 und D-2700 beim Einsatz am IoT Edge

Die neuen Xeon D-1700 und D-2700 bieten auch eine Unterstützung für mehr Arbeitsspeicher. Intel Xeon D-1700 unterstützt bis zu 384 GB Arbeitsspeicher, während Xeon D-2700-Prozessoren sogar 1 TB Arbeitsspeicher(!) unterstützen. Dazu kommen flexible Abstufungen bei der Geschwindigkeit des Arbeitsspeichers, was die Planung von sehr spezifisch angepassten Edge-Gateways ermöglicht.

Ebenfalls wichtig sind die PCI Express 4.0 Lanes, welche einen umfangreichen Ausbau und bessere I/O-Möglichkeiten bieten. Auch das ist bei IoT-Projekten ein wichtiger Faktor, da hier I/O die Hauptaufgabe des Edge-Gateways ist. Die neuen Xeon-Prozessoren bieten bei schnellen Netzwerkverbindungen und im Mobilfunkbereich mehr Leistung. Davon profitieren IoT-Projekte wenn noch 5G oder andere schnelle Netzwerke zum Einsatz kommen. Hierfür erhalten Intel Xeon D Prozessoren eine Beschleunigung bei KI-Prozessen, Intel® Advanced Vector Extensions 512 (Intel® AVX-512) genannt. Dabei handelt es sich um einen Befehlssatz, der unter anderem die Verarbeitung mit künstlicher Intelligenz (KI), Deep Learning, Verschlüsselung und Datenkompression beschleunigen kann. Alle diese Punkte sind bei einem Einsatz in IoT-Infrastrukturen relevant, vor allem auf Edge-Gateways. Für den Einsatz als Edge-Server sind zusätzlich noch Funktionen wie Time Coordinated Computing (TCC) und Time Sensitive Networking (TSN) dabei.

Sind Intel Core Desktop-Prozessoren der 12. Generation sinnvoll für ein IoT Edge-Gateway?

Auch Intel® Core™ Prozessoren der 12. Generation (Code Name: Alder Lake) sind für den Einsatz in IoT-Szenarien sinnvoll einsetzbar. Die neue Generation bietet eine Architektur, die auch für KI-Beschleunigung in Hochleistungsumgebungen sorgt. Dafür sorgt die Intel® Iris® Xe Graphics. Die 12. Generation der Intel Core Prozessoren unterstützen bis zu 14 Kerne und 20 Threads. Dazu kommen bis zu 96 Graphics EU, die in IoT-Projekten zusammen mit der Hardware-Beschleunigung für schnelle KI-Berechnungen sorgen. Die Plattform bietet außerdem hardwaregestützte KI-Beschleunigung mit Intel® Deep Learning Boost und VNNI-Befehlen, die durch int8-Quantisierung eine robuste KI-Leistung ermöglichen.

Trusted Execution Environments – Mehr Sicherheit in IoT-Projekten durch Prozessoren mit Intel SGX

Intel-Prozessoren der modernsten Generation verfügen über die Sicherheitsfunktion Intel® Software Guard Extenstions (Intel® SGX). Zum Einsatz kommen hier Trusted Execution Environments (TEE). Die Technik sorgt dafür, dass auf sensible Daten nur ein bestimmter Prozess zugreifen darf. Der Datenbereich trägt die Bezeichnung „Enklave“.

Intel SGX verschlüsselt Daten hardwarebasiert bereits auf der Ebene des Prozessors. Für den Zugriff auf eine Exklave ist eine Berechtigung notwendig, die nur ein bestimmter Bereich einer Anwendung nutzen darf. Die verwendeten Anwendungen fordern dazu eine Enklave auf dem Prozessor an. Selbst ein korrumpiertes System ist dadurch keine Gefahr für die Enklave, da der Prozessor sicherstellt, dass nur eine definierte Anwendung zu einem bestimmten Zweck Daten verarbeiten darf. Das stellt den Schutz der Daten bereits auf Ebene des Prozessors sicher.

Fazit

Die neuen Intel Xeon D-1700 und D-2700 Prozessoren bieten verschiedene Funktionen, mit denen der Einsatz auf Edge-Gateways in IoT-Infrastrukturen sinnvoll ist. Vor allem zusammen mit KI-Lösungen bieten die Prozessoren einen Mehrwert im Vergleich zu den Vorgängerversionen. Die am besten geeigneten Prozessoren für robuste und leistungsstarke Edge-Gateways sind sicherlich Intel Xeon D-1700 und D-2700 – wobei D-2700-Prozessoren mit bis zu 20 Kernen und 1 TB Arbeitsspeicher, die beste und maximalste Leistung bieten, bei gleichzeitig hoher Sicherheit und optimaler Unterstützung von KI-Prozessen.

Aber auch die Intel Core Prozessoren der 12. Generation sind im IoT-Bereich sinnvoll einsetzbar. Hier hat Intel Funktionen integriert, die für KI-Workloads bei IoT-Infrastrukturen ideal einsetzbar ist, zum Beispiel bei Umgebungen in denen die Leistung nicht so hoch sein muss, dass Xeon-Prozessoren notwendig sind. IoT-Infrastrukturen profitieren von Desktop-Prozessoren der 12. Generation aber ebenfalls durch mehr Leistung.

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