Quatro automóveis sendo montados por robôs articulados

Visão geral dos sistemas em tempo real

Descubra o impacto que os sistemas em tempo real têm nas aplicações da Internet das Coisas em setores que vão desde manufatura a saúde, a petróleo e gás e robótica.

Principais lições

  • Um sistema de tempo real é caracterizado por sua capacidade de produzir o resultado esperado dentro de um prazo definido (pontualidade) e de coordenar relógios independentes e operar juntos em harmonia (sincronização de tempo).

  • Um sistema em tempo real rígido tem prazos absolutos e, se esses períodos alocados forem perdidos, ocorrerá uma falha do sistema. Em sistemas flexíveis em tempo real, o sistema continua a funcionar mesmo se perder um prazo, mas com uma qualidade de saída inferior indesejável.

  • A capacidade de um sistema em tempo real é “medida” com base em dois requisitos: latência e jitter de computação.

  • A Intel oferece hardware e software de nível de sistema de referência para desenvolver aplicativos em tempo real em que cada elemento deve funcionar de maneira confiável e previsível, dentro de uma janela de tempo específica, para atender aos requisitos rígidos de tempo real.

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A necessidade de sistemas em tempo real

A crescente conectividade global, as mudanças nas demandas dos consumidores por dados sempre disponíveis e ambientes corporativos sempre ativos e habilitados para sensores estão impulsionando a criação, coleta e análise de quantidades exponenciais de dados. Até 2025, a IDC estima que haverá 79,41 zettabytes de dados criados e quase 30%2 deles exigirão processamento em tempo real ativado por sistemas em tempo real.

A necessidade de processamento em tempo real é especialmente crucial para empresas de robótica, fabricação, saúde e indústrias de alta precisão, como petróleo e gás e energia, que dependem de dados em tempo real para melhoria contínua em segurança, eficiência e confiabilidade.

Um fator-chave para garantir que os dados sejam processados em tempo real para empresas nesses tipos de setores é a capacidade de um sistema de priorizar, gerenciar e executar cargas de trabalho em tempo real sobre cargas de trabalho em tempo não real.

Por exemplo, os fabricantes automotivos modernos são altamente dependentes de robôs para trabalharem juntos em uma linha de produção para montar um carro. Os robôs vão passar peças uns aos outros, furar ou soldar, ou realizar inspeções de segurança — tudo isso requer um alto nível de precisão e tempo meticuloso. Nesse caso de uso, um sistema em tempo real deve poder não apenas processar dados em um período previsível e definido, mas também garantir que tarefas críticas, como cargas de trabalho relacionadas à segurança, sejam concluídas antes de tarefas menos críticas.

Então, como os setores orientados por dados podem garantir que os dados sejam processados quando e como devem ser? Sistemas em tempo real.

Até 2025, a IDC estima que haverá 79,43 zettabytes de dados criados e quase 30 por cento 2 deles exigirão processamento em tempo real ativado por sistemas em tempo real.

O que é um sistema em tempo real?

O termo “sistema em tempo real” refere-se a qualquer sistema de processamento de informações com componentes de hardware e software que executam funções de aplicativo em tempo real e podem responder a eventos dentro de restrições de tempo previsíveis e específicas. Exemplos comuns de sistemas em tempo real incluem sistemas de controle de tráfego aéreo, sistemas de controle de processos e sistemas de direção autônoma.

Benefícios dos sistemas em tempo real para aplicativos

Os sistemas em tempo real oferecem vários benefícios:

Componentes do sistema em tempo real

Para que um sistema de tempo real seja capaz de computação em tempo real, ele deve atender a dois requisitos:

 

  • Pontualidade: a capacidade de produzir o resultado esperado por um prazo específico.
  • Sincronização de tempo: a capacidade dos agentes para coordenar relógios independentes e operar juntos em uníssono.

Ao avaliar sistemas em tempo real, as empresas podem medir o valor de qualquer sistema em quão previsível ele é na conclusão de eventos ou tarefas. A previsibilidade pode ser avaliada ainda mais examinando o sistema:

 

  • Latência: medição do tempo entre dois eventos
  • Jitter de computação: variação de latência entre iterações

Outra característica importante dos sistemas em tempo real é a capacidade de executar simultaneamente cargas de trabalho em tempo real e em tempo não real para evitar falhas críticas do sistema.

Por fim, é importante entender como os sistemas em tempo real são categorizados geralmente. São designados como um sistema em tempo real flexível ou um sistema em tempo real rígido com base nas restrições de tempo.

Sistemas em tempo real flexíveis versus sistemas em tempo real rígidos

O conceito de tempo real pode ser aplicado a uma variedade de casos de uso. A maioria desses casos de uso, como navegação na web e jogos, se enquadra na classificação de tempo real flexível.

No entanto, existem certos setores, como robótica, automotivo, serviços públicos e saúde, onde os casos de uso têm requisitos mais altos para sincronização, linhas de tempo e garantia de tempo de execução de pior caso. Esses exemplos se enquadram na classificação de tempo real rígido.

Aplicações de sistemas em tempo real

Sistemas de controle de processos

Os sistemas de controle de processo são usados em aplicações industriais onde a produção é contínua e as interrupções não podem acontecer. Esses sistemas ajudam as empresas a manter a qualidade e melhorar o desempenho testando processos, coletando dados relevantes e retornando esses dados para monitoramento e possível solução de problemas. As empresas do setor de petróleo e gás são usuários-chave de sistemas de controle de processos e com frequência obtêm inúmeros benefícios, desde maior eficiência para uma operação mais segura das instalações até menos tempo de inatividade e menos perdas.

Visão de máquina

Visão de máquina é usada para ajudar as máquinas a interpretar rapidamente dados para que possam ver seus arredores e tomar decisões prontamente com base nessa entrada visual. Essas máquinas geralmente são essenciais para garantir que a produção continue fluindo ou que os processos críticos continuem. Os sistemas em tempo real ajudam a garantir que máquinas como essas possam processar esses dados em tempo quase real.

Robótica

As tecnologias robóticas são usadas para uma variedade de aplicações complexas, muitas das quais exigem restrições de tempo precisas para garantir uma execução segura da carga de trabalho, bem como a capacidade de funcionar continuamente. Os sistemas em tempo real são uma parte valiosa dos sistemas operacionais de robôs devido à necessidade de computação e processamento em tempo real.

Manufatura

Os fabricantes com foco no futuro contam com insights obtidos de aplicações em tempo real para evitar problemas de qualidade do produto, melhorar a eficiência e o desempenho e, por fim, obter uma vantagem competitiva. Sistemas integrados de tempo real podem ajudar os fabricantes a maximizar a produtividade, melhorar a qualidade e consistência do produto e aumentar a segurança no chão de fábrica.

Monitoramento de saúde e pacientes

A rapidez com que os dados são processados no setor de saúde pode muitas vezes significar a diferença entre a vida e a morte. Os sistemas em tempo real são essenciais para garantir que os dados dos sistemas de monitoramento de pacientes, como monitores de frequência cardíaca, estejam disponíveis para os médicos quando e onde precisarem para manter os pacientes seguros e saudáveis.

Impacto da Intel em sistemas em tempo real

Para oferecer suporte a novas soluções que exigem um alto grau de requisitos de tempo real, a Intel introduziu a tecnologia de desempenho em tempo real, o Intel® Time Coordinated Computing (Intel® TCC), em sua linha de produtos e continua expandindo seu suporte para redes sensíveis ao tempo (TSN).

O Intel® Time Coordinated Computing (Intel® TCC) é um novo conjunto de recursos que aumentam o desempenho de computação dos processadores Intel® para lidar com as rigorosas restrições de tempo exigidas para aplicações rígidas em tempo real. O Intel® TCC torna os processadores adequados para aplicações sensíveis à latência, mantendo a eficiência energética geral e deixando desempenho suficiente para outras tarefas simultâneas. O Intel® TCC ajuda a garantir que todos os elementos em uma carga de trabalho funcionem de forma confiável e previsível dentro da janela de tempo necessária.

A rede sensível ao tempo (TSN) refere-se a uma coleção de padrões, especificações e recursos IEEE baseados em redes Ethernet padrão para oferecer suporte a aplicações sensíveis ao tempo e sincronização de tempo de precisão, pontualidade para entrega de dados e programação de tráfego. A TSN pode ser usada para otimizar o desempenho entre os sistemas, aproveitando um design aberto e baseado em padrões. A Intel agora oferece suporte a mais padrões de TSN do que nunca, incluindo:

 

  • IEEE 802.1AS: Protocolo de tempo de precisão generalizado
  • IEEE 802.1Qbv: Modelador consciente de tempo
  • IEEE 802.1Qav: Modelador baseado em crédito
  • IEEE 802.1Qbu: Preempção de quadros

As soluções Intel® transformam os sistemas em tempo real

A crescente necessidade de atender aos requisitos de tempo rígidos não está diminuindo tão cedo. A Intel tem a tecnologia e o conhecimento para ajudar as empresas a se prepararem para esse dilúvio de processamento de dados que está por vir com o novo Intel® TCC e o suporte expandido da TSN. Essas soluções adotam uma nova abordagem combinada para ajudar a enfrentar os desafios enfrentados com frequência em soluções em tempo real de alto desempenho.

O termo “sistema em tempo real” refere-se a componentes de hardware e software que executam funções de aplicações em tempo real e podem responder a eventos dentro de restrições de tempo previsíveis e específicas.

Os sistemas em tempo real são classificados como em tempo real flexível ou tempo real rígido. Uma classificação em tempo real flexível significa que o sistema continua a funcionar mesmo se não conseguir executar dentro de um tempo determinado. Mais importante ainda, se o sistema perdeu o prazo, isso não resultará em consequências perigosas. Uma classificação em tempo real rígido significa que o sistema deixará de funcionar se um prazo for perdido, o que pode resultar em consequências catastróficas.

Os sistemas em tempo real são usados em vários setores, incluindo, entre outros, manufatura, saúde, petróleo e gás, energia, logística, hotelaria e agricultura.

Os sistemas em tempo real são peças-chave da tecnologia e, como tal, são usados em uma variedade de setores com aplicações que vão desde sistemas de automação de processos até armazenamento, linhas de montagem de produção, agricultura e saúde.