扒一扒美丽外衣下的那些工控机

不知道从什么时候开始，所谓的“工控机”走进了各大网络机房成为了一种所谓的高大上的设备。也不知道从什么时候开始，各类网络软件系统厂商开始钟爱所谓的“工控机”。那么这种所谓的“工控机”到底是什么，它有哪些优势，有哪些缺点，是不是真如传说中的那么好呢？今天这篇文章我们就从技术分析的角度，深入浅出的探讨一下“工控机”的那些事。

一、什么是工控机，工控机的起源；

工控机（Industrial Personal Computer，IPC）即“工业控制计算机”，它是一种用于工业生产控制，装备工艺控制、监测、检查的设备简称。传统意义上讲工作在一些高/低温、粉尘、震动、潮湿、烟雾等特殊环境下的计算机设备被称为工控机。当然工控机从架构上来讲也分为很多种类，例如X86架构、PLC架构、MIPS架构、ARM架构甚至于基于最早的51AVR单片机也可以被称为工控机。

较传统计算机而言，工控机的设计取象于极端环境，工作性质单一，相对运算速度不高的应用场景。工控机往往不需要有多高的运算速度和多媒体支持，扩展性上来讲，工控机更趋向于集成方案，将应用环境所需要的设备都集成到一块主板上，这样避免了不同扩展卡通过接插件连接在极端环境中使用导致的接触不良，触电腐蚀等多种问题。所以说扩展性不是工控机优先考虑的内容。

另外在工控机设计中会集成很多在传统计算机上没有或者数量少的接口，比如有的工控机内置了8个COM口，或者8个并口。有的则集成一些不常见的特殊规格接口。当然也有的产品集成了很多网卡接口，这也是我们今天重点要说的多网口工控机。

我们先来总结一下工控机具备那些特征；

1、应用于传统计算机无法适应的极端工作环境中。

2、高度集成化，减少体积，将大多数应用场景所需的接口集成到主板上。

3、偏稳定而不是偏速度的设计理念。

4、更注重低功耗而不是高性能。

二、扒一扒美丽外衣下的那些事；

从淘宝网搜索多网口工控机能得到上万条的搜索结果，各种配置、各种机箱外观可以说是眼花缭乱，但怎么说呢，好看的外衣下隐藏的还是那颗低性能的“芯”。

目前多网口工控机从CPU上区分无外乎，intel凌动平台（D525 1037U）、intel i/M系列平台（i系列移动处理器），也有少数采用x86台式处理器的机器。

我们先讲讲CPU；

1、intel凌动（Atom）;

凌动系列处理器是intel公司在2008年发布的一款针对嵌入式工业控制计算机、移动终端、经济型上网本的连接低功耗处理器，它具有功耗低、散热量小、价格低廉的优势，缺点是运算速度慢，核心数少，主频低。实际上最初intel开发凌动系列处理器是想在移动互联网市场与高通等ARM芯片厂长分一杯羹，结果自然是完败。目前intel已经彻底放弃了Atom处理器，那么想想你买到的产品处理器是哪儿来的呢！

2、intel i/M系列处理器；

简单又直白的讲，就是intel针对笔记本电脑的移动处理器，酷睿系列基本所有的型号都有针对笔记本的低功耗版本“M”，针对笔记本电脑应用需求设计，低功耗，低发热量，更宽的睿频幅度，当然还有低于台式版本的性能。你也别指望这些工控机会选用最新款的intel M级处理器，绝大多数都是二代、三代的淘汰产品，例如目前新款的i5 M 8400单颗CPU的售价就在1800元左右，你画两千多快买的工控整机最多给你一个价值70块的二手i5 580M。

3、很少数多少有点良心的厂家提供的支持台式处理器的工控机

这类工控机有，价格嘛较贵一点一般淘宝价3-5K之间，多数为三代或者四代i3 i5很少数的i7（新款i7处理器要3K多哦对比下价格），也有一部分基于B75 B85主板做的上E5处理器或者至强1366系列处理器的。

集成网卡；

说完了CPU相信各位看官已经有了一个初步的了解，接下来我们要谈一谈对网络环境至关重要的网卡了，很多人买这种多网口工控机，实际上就是冲着它集成网卡多去的。那么这些集成网卡真如卖家说的那么高大上么？还是说这里有些不为人知的猫腻，别着急我们一步步的来分析它。

花样型号繁多的多网口工控机集成网卡芯片无外乎一下几种；

1、82574L低功耗网卡

2、82583v 低功耗网卡

3、i350高性能网卡

4、82599万兆高性能网卡

市场上超过95%的多网口主板集成的都是82574L和82583V，只有很少一部分价格较贵的工控主板才会集成i350网卡，82599万兆网卡来说目前我还没发现任何一款主板集成它，基本上都是基于特殊规格的PCI-E扩展来支持非标设计的82599扩展板。在分析这些网卡芯片之前，我需要拿一点篇幅和时间来讲讲什么是RSS。

RSS(Receive Side Scaling)也就是我们经常说的网卡多队列技术，支持多队列的网卡可以将网络数据平均分发给每一个CPU核心来进行处理，从而达到均衡负载提升性能的特点。Intel对自家的网卡芯片也是分了三六九等，越是高端的芯片支持的RSS队列数量就越多，价格也就越贵。下表中我列出了常见网卡芯片的队列数量对比。

通过上表我们不难看出，82574L和82583V仅支持2个RSS队列，也就是说不管你的CPU有多少个核心，它只能用两个。常听客户说为啥我的工控机8个核心中2个核心跑满，剩下的都没用，呵呵答案在这里了。这里可能又要有人说了，俺家的路由系统采用intel DPDK技术不走Linux协议栈不经过CPU中断处理，所以是不是支持多队列不影响性能。这话说给外行人听听还行，要真说给内行人听，就是个笑话。DPDK的确不需要依赖CPU软中断，但它是需要消耗轮询的，是否支持多队列对于轮询的性能影响是最大的。打个比方，A到B两个人发短信，内容是8个字，如果短信的最大长度为2个字，那发这8个字要4条短信，如果短信长度最大为8个字，一条短信就搞定了。这个比方很直白了吧，其实这就是多队列的工作原理。

当然很多软件厂商，为了降低自己的产品成本，不得已去使用这种低性能网卡工控机，也针对性的做了很多优化，但请相信，夏利你再怎么优化也只能跑的比其他夏利稍微快点，永远赶不上保时捷，这是定律。

OK说完了网卡，接下来就轮到主板和电源了；

其实就工控机主板来说，我没有什么特别要说的，任何一款工控机主板都汇聚了厂商大量的心血和技术成功，工控主板在设计研发时远比普通电脑的主板麻烦的多，它要集成更多的接口、设备要降低功耗，减小尺寸，提升稳定性。说到点子上了，也是因为工控主板要集成更多接口设备减少尺寸所以厂家会选择把一些可有可无总线通道、芯片、电容全部省略掉，还有一些控制器原本需要独立芯片全部选用集成芯片。如比说，intel酷睿系列CPU在执行睿频的时候需要一个特殊的8.2v脉冲电压，经过测试我发现很多工控主板都没这部分电路的设计。另外包括SATA通道控制器的cache芯片超过99%的工控主板都没有，总线控制器Cache芯片也被大多数厂商省略掉。更有甚至我见过一款深圳产山寨工控板，连内存控制器的校验处理芯片都直接省略。当然在工控领域这些设计都是可以的，毕竟人家追求的就是低功耗，谁也不会拿工控机去作大数据计算不是么。可你的网络机房系统真的不需要大数据计算吗！！！

电气特性，这个词可能很多人不理解是什么意思，如果有看官做过PCB设计就能明白，我们在设计PCB的时候为了防止布线之间的电磁、电气干扰往往会采用例如大面积GND覆铜、VCC多面隔离、下拉抗干扰等手段，比如一款手机的主板设计往往在电气特性设计上要花费整个项目60%的时间去做。在工控主板上要考虑集成这么多总线设备和做小体积等因素，电气特性往往不被重视，注意我这里指的是那些多网口主板，而不是真正的工控机。为什么这样说呢，因为目前这种2-3K购买的工控机，其主板多为特殊市场需求产物，基本来自小作坊产品。这些小作坊很难有专业的电气工程师和相关检测设备去处理这些在他们看来其实无所谓的问题。真正应用于工业控制领域的工控机实际上价格非常昂贵，比如我见过一条PCB检测线的工控机是IBM生产的，价格要7万多不含软件费用。某些偶然的机会我拆解过一次，只能用三个字来形容“艺术品”。

电源，俗话说，好的东西不一定贵，但贵的东西一定好。电源看似在整个计算机设计领域不算重要，但实际上它是最重要的，这些多网口工控机的电源，我可以说70%使用的廉价开关电源，剩下30%有点良心的厂商也只不过配一些Mini PC电源，其实他们要的就一点，便宜就行，但对你说的时候会说是为了耗电低。曾经我问某宝一家销售多网口工控机的销售人员，你们这个机器功耗是多少，答曰70w不到，我说电源是多大的，答曰100w。我觉得很有意思，我说如果按照你们说的上的是i5处理器，那么i5最高睿频工作时功率是89w，且不说你这个100w的电源能不能满载100w，假设它能你的意思是主板 内存 硬盘都依赖剩下的11w工作？然后，就没有然后了，人家不理我了。对于睿频问题，前面我说了大多数这种主板不支持睿频…

三、工控机和服务器应该选择谁？

这个问题不难答；视环境决定，例如对于一些小企业，小网络上网人数几百人，带宽吞吐量不超过1G且连接数不高没有诸如PPPOE等服务的环境下，一台低功耗的多网口工控机绝对秒杀一切MIPS小路由。稳定、省电、静音、价格便宜这就是很大的优势。

那么对于拥有成千上万人的民营宽带企业呢，特别是你要装流控、IPTV、路由、缓存，还要少则几个G多则十几个G的NAT转发时，这种工控机明显不够看。任意一个品牌的服务器产品，之所以被称之为服务器，它的特点就是运算速度快、稳定、扩展性强、重要的是该有的芯片和控制器一个都不少。该做的优化绝对给你很到位。至于网卡性能，基本上超过90%的服务器产品都提供了多条全16X PCI-E扩展槽，现在基于intel 82580 i350的四口全光/电网卡也只有2xx元的价格，双光口的万兆82599也不过6xx的价格可以说非常廉价。服务器厂商也根据应用需求开发了不同的产品，比如运算型服务器可以用来做路由、流控、IPTV，存储型服务器对硬盘读写有大幅度优化可以用来做缓存、点播、日志等。可能有的人对于这种服务器动辄几万的价格望而却步。没错服务器价格是比较贵的。其实完全可以去网上淘一些大机房下架的二手服务器比如运算型的dell r710和存储型的dell r510标配的价格都在2000多，配置高性能网卡和大内存也不过3-4K的价格就可以拿下，至于担心二手产品质量问题，我觉得是这样，只要这些服务器到你手上你测试个几天没问题基本以后也不会出问题，DELL这些品牌之质量控制方面绝对优秀。同样3-4K的价格这些服务器的性能是要甩你4-5K买的工控机几十条街的。

总结：

啰哩啰嗦的写了这么一大堆，相信各位看官对工控机和服务器之间的区别已经有了一些基础了解，很多时候你的机房性能不够，路由跑不起来，带机量上不去，先检查一下是不是在某个环节中用了工控机而其性能又不够导致的。在好的软件也需要一个强劲的心脏不是么。好了本文就到这里，有时间再写一篇关于如何寻找机房结构中瓶颈的文章，本人能力有限，文章观点仅为自己的一些经验总结，如有不对之处还请高人指出。

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