對於新工廠而言，把多個單一作業負載的機器匯聚，整合成數量較少的「全能」裝置，有著數不清的好處。

工作負載的整合，也就是把工廠內部多個單一作業負載的機器匯整成數量較少的「全能」裝置概念，具有不勝枚舉的諸多好處。這樣的概念在全新的工廠中逐漸被接受，既沒有也不想塞滿各式必須維護、且新舊、功能、佔地空間與電力需求都不一樣的裝置。

少了這些侷限，這個從零開始打造全新工廠可以完全聚焦在生產力的提升，同時在邁向自動運作的過程中，降低實體的碳足跡與碳排放。

工業應用是一個龐大的Arm架構晶片群的應用領域。隨著OEM代工廠致力於讓架構徹底的標準化，Arm持續透過作業負載的整合，為強化這方面的擴充性進行大量的投資。

裝置製造商若想要把多個裝置整併成全新、單一且多功能的全能裝置，並運用經過加速、以及基於現場經驗的開發方式與既有工具，就會發現延用基本Arm運算架構，具有相當多的好處。這種遷移對於總擁有成本，包括硬體與軟體的部分，也會帶來直接的影響--這不只是對OEM廠商如此，對整個供應鏈也相同。

Arm提供整套的IP與技術，可以支援並實現虛擬化、即時效能、功能性安全與資訊安全。龐大的生態系，可讓Arm的夥伴達成與實現作業負載的整合。

運算效能顯著的提升

當我們整合多個應用或作業負載時，勢必需要提升運算效能：效能與整合的程度成比例。Arm 有相當多樣的產品選項，可讓客戶選擇適當的運算力來滿足這些開發功能所需的最高效能。在涉及數量龐大的功能整合案例中，這些需求可能相當重要 - 甚至可能需要伺服器級的平台，如Arm Neoverse系列的平台。

把低功率的運算作業負載遷移至較高效能平台的考量點之一，就是散熱。冷卻電子系統常用的方法是使用風扇，但這也引發第二個問題：廠區可能骯髒且佈滿塵埃，這些風扇長期下來會卡住並失效。這會造成設備進入熱關機，並引發代價不菲的「產線停擺」情況。

在Arm的產品選項中，注重能源效率的處理器，提供的每瓦高效能能力可以大幅度降低風扇的需求，讓開發人員能使用被動冷卻解決方案，為工廠經營者帶來可靠性更高、耗電較低的生產線，廠區的噪音污染也大大降低。

終端閘道內的作業負載整合

在工廠內可以看到有越來越多的終端伺服器被部署。它們的主要目的雖然是從端點的物聯網感測器，蒐集、過濾然後回傳大量數據至雲端，但這些裝置本身也提供的強大運算力，也可以用來執行之前由其它不同裝置負責的任務。

例如，驅動更在地的作業優化與決策的分析作業。在數據往更高層級傳送以進一步進行與生產力、材料管理與整合相關的分析之前，這些作業就會發生。這些分析也可能送入包括交付情況更新與客戶相關通知等供應鏈管理中。

此外，這些類型的平台常常整合多種功能，包括協定翻譯、資訊安全、通訊與機器學習（ML）的分析等。它可以透過包括虛擬化與容器等不同軟體技術的實現，並為所有的部署提供最大的彈性。

作業負載整合的功能性安全與資訊安全

在工業系統中，資訊安全對於涵蓋各種弱點與威脅模型是最為重要的事。隨著操作技術（OT）與資訊科技（IT）網路開始崛起，工廠以外也存在著更大的被遠端攻擊的風險，因此也為每個設備帶來更高的安全需求。作業負載的整合平台必須實現硬體上的安全防護功能，也可以在虛擬機內運行安全相關應用。Arm擁有可實現端到端安全防護的眾多資產，包含 Trust Zone、CryptoCell 與 PSA 認證等技術。

談資訊安全不能忽略功能性安全。功能性安全更著重於環境中的實際狀況。例如，我們要確保製造用的機器人不會在它們運作時對其本身、其它資產或工廠內的其它人類造成損害 -- 不管是在正常運作情況下，或是出現故障時。

Arm與功能性安全相關的技術，是工業應用中有效率地建置安全系統的關鍵。具有功能性安全的產品的開發方式相當關鍵，這也是Arm為何擁有嚴格的功能性安全流程來開發各種Arm安全就緒（Safety Ready）IP以及相關軟體，以符合各種應用與功能性安全標準，包括IEC61508的需求。

在整合系統的方法中，不同的功能可能有迥然不同的功能性安全需求。這一點通常被稱為「混合關鍵系統」，可能為產品的整體系統設計增加複雜性。

在作業負載整合中應對混合關鍵性系統

隨著作業負載整合的進行，其中一項我們必須應對的既有挑戰，與需求的差異有關。有些作業負載，譬如從洗衣機、電梯到重機械等所有東西內用來監控流程與系統的可程式邏輯控制（PLC）應用，本質上具有確定性的需求。依應用的不同，確定性或即時需求的程度也會不同。

這一部份對應到工業應用上的就是週期時間。在某些作業負載整合應用中，利用像 Arm Cortex-A 系列的應用處理器運行即時作業系統（RTOS），可以提供可接受的確定性水準--這稱為「彈性的即時」（soft real-time）。其它的應用可能需要更為緊迫的週期時間，由諸如 Arm Cortex-R 系列等即時處理器提供的更為精準的「嚴格的即時」（hard real-time）運算。

其它的就更為泛用，例如處理運算系統與人類操作員彼此間訊息交換的人機介面（HMI）。

有些應用可能也具有功能性安全的需求。在所有的整合系統中，這些個別的關鍵需求必須獲得確保。但是，透過硬體與軟體提供的干擾分離與免除，這些「混合關鍵性系統」應用可以在同一個平台上成功共存，高效且安全地運作。

Arm生態系在作業負載整合中扮演的關鍵角色

若要充份發揮作業負載整合的好處，需要多個元素無縫匯聚。作業系統，不管是通用的或即時的，以及虛擬機監視器都是成功實現的關鍵。這是 Arm 強大且活躍的生態系在提供與支援方面，可以扮演關鍵角色的地方，也將一起致力實現作業負載的整合。

作業負載整合為整個工業供應鏈帶來許多好處，也解釋了為何作業負載整合的部署持續加速。

由於許多的現行作業負載正在Arm的硬體上運行，作業負載整合是效能、功能性安全、資訊安全與即時處理方面，合乎邏輯的下一步。有了我們合作夥伴的支援，Arm與它的生態系可以緩解開發的負擔，並協助客戶轉向這種全新、簡化的工作方式。

(本文作者Neil Stroud為Arm工業應用部門資深協理)