Autonome Systeme Effektive Kühlung und Schutz für leistungsfähige KI-Computer

Anbieter zum Thema

CTX Thermal Solutions GmbH

Heitec AG

Syslogic GmbH

congatec GmbH

Komponenten, die in mobilen Maschinen und autonomen Robotern eingesetzt werden, müssen gegen Schmutz, Vibrationen und hohe Temperaturen geschützt werden. Dies gilt insbesondere für leistungsfähige Embedded-Rechner. Für die effektive Kühlung und den Schutz der Leistungselektronik sorgt ein robustes Gehäuse.

In der Industrie kommen immer mehr Machine-Learn­ing-Verfahren zum Einsatz. Die dafür eingesetzten Rechner benötigen nicht nur eine hohe Rechenpower, sondern müssen darüber hinaus bei herausfordernden Anwendungen, wie sie beispielsweise in Landmaschinen vorherrschen, robust aufgebaut sein.

Der KI Vehicle PC RS A3N von Syslogic wurde speziell für solch raue Anforderungen in der Agrartechnik, in Baumaschinen sowie in autonomen mobilen Robotern (AMRs) entwickelt. Er dient als Hardwarebasis für die Steuerung von autonomen Fahrzeugen und Robotern sowie für die sensorbasierte Überwachung der Boden- und Pflanzengesundheit. Kombiniert mit Software und Sensorik ist er in der Lage, praktisch in Echtzeit autonome Entscheidungen zu fällen.

Bildergalerie

Nvidias Jetson-Technologie in robustem Einsatz

Wenn es darum geht, die Jetson-Technologie fit für erhöhte Anforderungen zu machen, kommt Syslogic ins Spiel. Der KI Vehicle PC RS A3N ist das beste Beispiel dafür: Er vereint die Vorteile des Jetson Xavier NX von Nvidia mit den Eigenschaften eines robusten Industriecomputers. Der Embedded-PC erfüllt die Schutzklasse IP65 und eignet sich für den 24/7-Betrieb unter erhöhten Anforderungen in mobilen Maschinen.

Er ist mit seiner Jetson-Xavier-NX-Plattform besonders für Anwendungen geeignet, die eine schnelle Reaktion erfordern, wie sie bei der Erfassung und Verarbeitung von Umgebungsdaten auftreten.

Dabei wird aus Daten von Sensoren wie Radar, Lidar und Kamera ein Gesamtbild erstellt. In Verbindung mit KI-Algorithmen leitet der Embedded-PC selbständig intelligente Entscheide ab. Das Jetson-Xavier-NX-Modul wurde 2021 auf den Markt gebracht und hat eine Sechs-Kern-CPU mit 64 Bit und die Volta-GPU mit 384 Cores und 48-Tensor-Cores von Nvidia. Leistungsmäßig dringt der Grafikprozessor (GPU) damit beinah ins Revier des Jetson AGX Xavier vor – und das zu einem überzeugenden Preis-Leistungs-Verhältnis.

Nvidia ist für KI-Anwender nicht nur der cleveren Module wegen der bevorzugte Anbieter. Ein weiterer entscheidender Vorteil bietet die vollständige Entwicklungsumgebung JetPack SDK (Software Development Kit) mit zahlreichen Bibliotheken, welche der Anbieter für alle Jetson-Module bereitstellt. Die Markteinführungszeit für künftige KI-Anwendungen wird so um ein Vielfaches reduziert. Entwickler starten nicht bei null, sondern greifen auf eine umfassende Palette zurück.

Embedded-PC für leistungsstarke Anwendungen

Mit Nvidia-Chips eignen sich die KI Vehicle PC RS A3N für Anwendungen wie Sensor-Fusion, Computer-Vision, Perception, Machine Learning oder Intelligent Video Analytics (IVA). Anfallende Sensordaten werden parallel durch das Jetson-Xavier-NX-Modul verarbeitet. Daraus lassen sich praktisch in Echtzeit autonome Entscheide ableiten.

Typische Anwendungen sind Fahrassistenzsysteme, autonomes Fahren, intelligente Überwachungsaufgaben oder Objekt- und Mustererkennung. Der Embedded-Computer unterstützt das CAN-basierte Netzwerkprotokoll SAE J1939. Für den zuverlässigen Einsatz bei Vibrationen sind CAN- und Ethernet-Schnittstellen mit M12-Steckverbindern ausgeführt.

Standardmäßig ist eine Version des Embedded-PCs mit und eine ohne Wireless-Funktionen erhältlich. Eine Stärke von Syslogic ist dabei das Projektgeschäft: Ab mittleren Stückzahlen sind auch kundenspezifische Anpassungen – insbesondere der Schnittstellen – möglich.

Die KI-Computer von Syslogic zählen zu den weltweit robustesten und zuverlässigsten Geräten, die aktuell auf Nvidia-Jetson-Basis erhältlich sind. Syslogic kombiniert das Modul mit einer eigenen Trägerplatine, die für hohe Schock- und Vibrationsanforderungen entwickelt wurde.

Um die Elektronik vor Feuchtigkeit, Wasser und Staub zu schützen und gleichzeitig die Wärme effektiv abzuführen, sind die Industriecomputer mit einem robusten Gehäuse von CTX und schraubbaren M12-Steckverbinder ausgestattet. Außerdem sind Rugged-Geräte erhältlich, die beispielsweise ungeschützt außen an einer Maschine angebracht werden können.

Schützendes Gehäuse mit kühlender Wirkung

Elektronik muss effektiv gekühlt werden. Dabei kann man allgemein sagen: Je leistungsfähiger ein Rechner ist, umso effektiver muss seine Kühlung ausfallen. Dies trifft auch auf den KI Vehicle PC RS A3N zu. Erschwerend kommt bei diesem Embedded-Computer hinzu, dass auf Lüfter verzichtet werden muss, da aufgrund der hohen Anforderungen an die Störsicherheit ausschließlich lüfterlose Rechnersysteme angeboten werden. Entsprechend wichtig sind clevere Kühlkonstruktionen, um die Wärme möglichst gut aus dem Gerät abzuleiten. Zumal die Embedded-Computer erheblichen thermischen Belastungen ausgesetzt sind.

Zur effektiven Kühlung des Moduls wurde dessen Gehäuse mit Kühlrippen ausgestattet. Je nach Rechnerauslastung erzeugen das im Gehäuse geschützte SoM (System on Module), die Speicher sowie das Funkmodul eine Verlustleistung von 20 bis 45 W, die in Wärme umgewandelt wird.

Diese Wärme muss trotz Verzicht auf Lüfter schnell abgeführt werden. Beim KI Vehicle PC RS A3N wurde dies gelöst, indem an den jeweiligen Halbleiterbauelementen Kontaktflächen angebracht wurden. Über diese wird die entstehende Wärme an die Kühlrippen des Gehäuses abgeleitet und von dort aus an die Umgebung abgestrahlt. Dabei beträgt die maximal zulässige Erwärmung des Gehäuses 65 °C.

„Bei der Konzeption dieses und weiterer Gehäuse stand CTX uns immer kompetent zur Seite, wenn es um lösungsorientierte Optimierungen ging“, so Patrik Hellmüller, Corporate Communications Manager bei Syslogic. „Das Gehäusedesign für den KI Vehicle PC RS A3N kam dabei von unserer eigenen Konstruktion/Entwicklung. Die Entwürfe wurden in Nettetal sehr zielgenau umgesetzt.“

Das Gehäuse wird mittels Extrusion hergestellt. Dieses Herstellverfahren ist pädestiniert für die Realisierung von komplexen Kühlkörpergeometrien. Weitere Vorteile sind niedrige Produktions- und Stückkosten bei hohen Stückzahlen. Das Extrusionsverfahren kommt daher bei vielen Gehäuselösungen zum Einsatz.

Da die Gehäuse Sicht- und Dekorteile sind, werden sie teilweise schwarz eloxiert und vor Kontaktkorrosion mittels der Chrom-II-Passivierung „SurTec 650“ des gleichnamigen Herstellers geschützt.

Umfassender Projektierungs- und Bearbeitungsservice

Das Unternehmen aus Nettetal unterstützt Kunden bereits bei der Projektierung, erstellt alle erforderlichen CAD-Daten sowie 3D-Modelle der Kühlkörper und liefert Designvorschläge zur Fertigungsoptimierung.

Eine Mustererstellung ist kurzfristig möglich. Änderungen werden zeitnah vorgenommen. Darüber hinaus zählen die komplette mechanische Bearbeitung der Bauteile, ihre Oberflächenveredlung und eine individuelle farbliche Gestaltung zum Serviceangebot des Kühlkörperspezialisten.

Die Experten für Thermomanagement bieten neben applikationsspezifischen Gehäusen, Kühlkörpern und einbaufertigen Kühlsystemen auch maßgeschneiderte Dienstleistungspakete aus Projektierung, Herstellung und individuellen Logistikdienstleistungen an.

Kunden werden dabei bereits im Projektstadium unterstützt. Dazu zählt die thermische Simulation eines potenziellen Kühlkörpers ebenso wie das Erstellen der benötigten CAD-Daten und 3D-Modelle sowie eine Beratung hinsichtlich Kühlkörperdesign und Fertigungsoptimierung. Auf Wunsch übernimmt man die CNC-Nachbearbeitung und die Oberflächenbehandlung der Gehäuse und Kühlkörper mit unterschiedlichen Verfahren.

Zuverlässige Lieferung durch Logistik-Service

Ein weiterer Service der Nettetaler ist die komplette logistische Abwicklung der Kühlkörper- und Gehäuselieferungen, die das Unternehmen auf Wunsch übernimmt und damit eine zuverlässige Lieferfähigkeit garantiert. Zu diesem Zweck betreibt der Kühlkörperspezialist ein Reservelager in Nettetal, beliefert Konsignations- und Sicherheitslager weltweit und nutzt für seine Warenlieferungen sämtliche Transportmöglichkeiten zu Land, zu Wasser und in der Luft.

Auf Anfrage pflegen die Nettetaler auch die Logistikportale ihrer Kunden und können sich bei Bedarf in deren Kanban-System integrieren lassen.

Gelungene Zusammenarbeit

Der erste Kontakt zwischen Syslogic und CTX kam 2015 auf der Embedded World zustande. Im Jahr 2016 erhielten die Nettetaler dann die erste Anfrage für Kühlkörper und Gehäuse. Seitdem arbeiten beide Unternehmen erfolgreich zusammen. Inzwischen liefert man verschiedene Gehäuse für die anspruchsvollen Rechner. Die Gehäuse müssen dabei neben der effektiven Kühlung und dem sicheren Schutz auch den hohen Anforderungen von Syslogic an Dekorteile entsprechen.

„Für Syslogic gehört CTX definitiv zu den Top-Lieferanten. Wir schätzen das partnerschaftliche Verhältnis und die sehr gute Beratung“, beschreibt Patrik Hellmüller die Zusammenarbeit. Aktuell steht gerade der Nvidia Jetson Orin NX in den Startlöchern. Diese GPU wird Syslogic in Embbeded-PCs wie dem AI Railway Computer RML A4NX integrieren. (kr)

* Arthur Brinkmann ist Sales Manager bei CTX Thermal Solutions in Nettetal.

(ID:50334073)