工控主板與商用主板的全面對比——智慧星
關鍵詞：超低功耗 無風扇 嵌入式 工控主板 工控機 商用主板 鉭電容電解電容 耐高溫 CPU
在我們的工作和生活中，很多人會接觸到商用主板和工控主板，很多人問到商用主板和工控主板有什么區(qū)別？工控主板到底有什么好？好在哪里？為什么工控主板的價格比商用主板高？本文對商用主板和工控主板做一個詳細的對比，具體介紹兩者間的區(qū)別。
1．主板元器件的用料與設計：
商用主板：
商用主板由于其更新?lián)Q代的速度比較快，且對產(chǎn)品的穩(wěn)定性及使用環(huán)境的要求比較低，故此追求的是產(chǎn)品的時效性，以及本身產(chǎn)品的市場定位，對元器件選擇要求上一般只需滿足系統(tǒng)運行2到3年的使用壽命即可（3年之后大部分已經(jīng)更新?lián)Q代了），元器件的用料上使用普通級別的就可以了。例如電容，商用主板都是大量使用普通的電解電容，一是出于商用市場產(chǎn)品的使用考慮，二是為降低主板的成本考慮。
工控主板：
1）工控主板的元器件
工控主板選料會選用經(jīng)過長時間，高要求驗證元器件，用以保證產(chǎn)品在惡劣條件下高可靠性要求。例如工控主板的元器件需要適應寬溫環(huán)境（-20℃~60℃），保證在惡劣環(huán)境下（壽命期內(nèi)永久開機、氣候惡劣、潮濕、振動、多塵、輻射、高溫等等）正常工作；主板元器件需要耐高溫、抗潮濕等等。
2）工控主板的電容
工控主板采用的是高質(zhì)量的貼片式的電解、鉭、陶瓷電容 ，即使使用的電解電容，對其品質(zhì)、性能及壽命要求也遠高于商用產(chǎn)品。商用主板基本都是大量采用針腳式的大電解電容 ，因為大電解電容成本低、容值大一個可以頂多個貼片或坦電容。從性質(zhì)來說，電解電容穩(wěn)定性不及鉭電容、陶瓷電容高，壽命不及它們長，耐高溫程度不及它們好。貼片式電容比針腳式電容更加穩(wěn)定。從價格上，鉭電容比普通的電解電容要貴，且由于鉭電容的電容量較小，使用在主板上時，需要使用更多數(shù)量的電容，單單鉭電容的成本就是電解電容的幾十倍，這也是導致工控主板比商用主板成本價格高的原因之一。
3）工控主板的PCB
商用主板采用的是4層PCB設計，一般的PCB線路板分有四層，最上和最下的兩層是信號層，中間兩層是接地層和電源層，將接地和電源層放在中間。工業(yè)主板采用的是6層以上PCB線路板設計，其設計是為了加強主板的抗電磁干擾、電磁兼容能力，增強主板的穩(wěn)定性等等。
4）工控主板的壽命
與商用主板2到3年使用壽命不同，大多數(shù)的工控主板壽命要求在3年以上，部分高品質(zhì)的工控主板，使用壽命甚至達到5—7年。
2．CPU的差異：
以往，商用主板的CPU與工控主板的CPU之間的差異不明顯，導致有部分最求最大利潤的商家用商用主板的CPU充當工控主板CPU，賺取更多的利潤。但是，在2009年Intel成立專門為工控領域服務的嵌入式部門，商用CPU與工控CPU的差異則越來越大。
1）CPU的功耗和制程
工控主板一般選用的是低功耗的CPU，以便適應工控行業(yè)惡劣的環(huán)境應用。在Atom N270 CPU之前，Intel并沒有專門的嵌入式部門，只把工控領域作為普通的CPU應用行業(yè)。自2009年Intel正式成立嵌入式部門，意味著Intel將商用CPU和工控CPU正式分開，而且Intel對嵌入式工控領域的發(fā)展也越來越重視，相繼發(fā)布Atom N230、N270、N280等低功耗CPU，以區(qū)分商用CPU和工控CPU。在今后，Intel將為工控行業(yè)應用研發(fā)更低功耗和制程，將南北橋部分功能整合在處理器上的CPU，以滿足工控行業(yè)的使用要求。
2）CPU的線路設計
由于工控主板需要適應寬溫、寬壓的工業(yè)應用環(huán)境，工控主板對電壓的適應范圍比商用主板更寬，工控主板的電壓范圍一般在9—20V之間。對于CPU的線路布局和設計，要求更加精密。
3）抗電磁波干擾能力不同
由于普通商用主板的市場定位和良好的使用環(huán)境，其產(chǎn)品一般只會做商用級的電磁兼容測試，抗電磁波干擾能力較低。
工控主板由于其針對的是工業(yè)市場，對抗電磁波干擾能力要求較高，需要通過EMI、EMC等測試和認證。這需要從兩個方面考慮，一是從主板的線路布局設計上考慮，二是從機箱選料和結(jié)構、電源、接地情況上進行考慮。
3．排產(chǎn)流程與檢測流程
工控主板很多時候是根據(jù)某種應用開發(fā)出來的，可能只適應某種應用，所以它的使用量是很有限的，而商用主板是面對全民的，所以它一次性的投產(chǎn)可以非常大。由于產(chǎn)量的原因，工業(yè)主板會比商用主板的排產(chǎn)費用分攤高出很多。這也是造成工業(yè)主板與商用主板成本差異的一個方面。
一些大廠家對商用主板的測試是通過T3三道測試工序：ICT、FUNTION、MANU。絕大多數(shù)的廠家對商用主板只通過T1一道測試工序：ICT。甚至一些廠家為了節(jié)省成本連T1都沒有做，就直接將主板做銷售，將T級測試放到了用戶的身上，所以這類型的主板返修率特高（通常這些小廠的產(chǎn)品的服務態(tài)度非常好，有壞即換，給用戶很大的錯覺）。
ICT 就是線路測試，是否有開路，短路，這個時候不加任何外設（CPU, DIMM(內(nèi)存)等治具），目的就是避免到后面funtion的時候燒壞治具。FUNTION 主要就是功能測試，會加上CPU,DIMM,等等外設，做一次開機測試，這里會發(fā)現(xiàn)所有的問題，基本funtion通過就OK了。 MANU 就是實測了，所有的外設全部接上，開機測試，檢測兼容性等等。
工控主板出產(chǎn)前是要嚴格通過多道測試工序一般T5~T7，除ICT、FUNTION、MANU外還要做的測試，如溫度、振動、安全性等測試，確保每片主板的質(zhì)量。
由于普通商業(yè)級主板的市場定位，其產(chǎn)品一般只會做電子產(chǎn)品需要的CCC認證，長城認證，民用級的電磁兼容認證 工業(yè)級主板由于其針對的是工業(yè)市場，所以出于可靠度的需求，在每一款主板在上市前都會做CE EMC，F(xiàn)CC，QA realbility，CCC，震動，落下，等工業(yè)級要求測試認證。
4．尺寸規(guī)格：
商用主板目前主要采用ATX架構；
工控主板為了適應多種應用環(huán)境，采用集成度高，體積小，多種尺寸規(guī)格的主板，包括3寸板、5寸板、ATX、Micro-ATX、LPX、半長卡、全長卡等各種規(guī)格。這里有一點需要注意，由于工控主板價格較高，部分商家用商用主板的材料做成工控主板的規(guī)格，以賺取更大的利潤空間。
5．接口的支持：
商用主板，往往只能提供4根PCI插槽，由于受制于PCI 規(guī)范，基本上PCI 4的驅(qū)動能力有相當大的衰減，因此大多數(shù)商用主板僅提供3根PCI槽；
工控主板，由于其設計用料的工業(yè)性，除支持PCI插槽外，同時可以支持Mini PCI-E、PC 104+ 、COM口等接口，內(nèi)嵌GPIO總線，可以實現(xiàn)GPI，GPO功能，而且工業(yè)半長卡、全場卡能與底板配合更具擴展性支持多個ISA、PCI、MINIPCI擴展。
當然3寸、5寸等嵌入式的主板是屬于定制類的規(guī)格，其擴展性就不會考慮太多。
6.使用環(huán)境：
工控主板常在惡劣環(huán)境下工作（壽命期內(nèi)永久開機、氣候惡劣、潮濕、振動、多塵、輻射、高溫等等），而這些環(huán)境下是商用主板無法勝任，當今商業(yè)主板大部分只能運行在安定的環(huán)境下（工作時間短、室內(nèi)、常溫等等）。
7．工作溫度與散熱方式：
商用主板基本只能在5℃~38℃之間的環(huán)境溫度中使用，對機構的散熱要求低，講究外觀夠炫夠酷。
工控主板可以在-20℃~60℃之間的環(huán)境中穩(wěn)定、無故障的工作，甚至某些工業(yè)主板采用特殊的寬溫設計，溫度范圍可達-20度~70度。這對機構的散熱方案，散熱效率都是一個嚴峻的考驗。在工控主板機構的散熱設計上，必須使用的特殊散熱設計，甚至還采用全鋁制的機構外殼，而且對CPU、南北橋和硬盤等發(fā)熱大戶，進行特殊處理，保證工控主板和整機的正常運行。
很多工控機由于在惡劣的應用環(huán)境下（例如潮濕、振動、多塵、輻射、高溫等等應用環(huán)境）使用，空氣中的塵埃和鹽分，都會對主板造成腐蝕，影響主板的正常使用，因此很多工控機有必要采用無風扇的機箱結(jié)構，防止惡劣環(huán)境對系統(tǒng)造成傷害。但是全密封無風扇的結(jié)構，因為熱源的互相干擾，對主板的性能和穩(wěn)定性的要求比較高，對機構的散熱方式和散熱效能的要求很高，務必要將積熱有效散發(fā)出去。
8．管理性：
商用主板只提供最簡單的遠程管理（通過連接網(wǎng)絡，使用第3方的軟件，如REAL VNC，PC ANYWHARE等實現(xiàn)）。
工控主板除了可以提供類似的遠程連接管理外，還可以實現(xiàn)遠程無人值守的自動開關機功能。通過內(nèi)嵌的IPMB，SMNP-1000模塊，可以實現(xiàn)系統(tǒng)實時運行信息的管理、記錄、發(fā)送功能。
9．客制化：
商用主板一但生產(chǎn)出來就無法再針對市場需求更改，完全無用戶化的設計，用戶只能選擇通用型的主板。
在工控領域，很多工控主板可以靈活的滿足一些客戶后續(xù)的特殊需求而實現(xiàn)用戶的定制化，更好、更完美配合客戶的使用需求環(huán)境。
10．存儲界面：
商用主板只提供常見的存儲界面IDE和SATA；
工控主板可以提供IDE、SATA、CF卡等多樣化的存儲界面。
11．保護功能：
商用主板沒有提供的任何的保護功能；
工控主板通過特殊設計，在遇到死機等異常情況，可以實現(xiàn)看門狗自動重新啟動、防浪涌沖擊等功能，全力的保證系統(tǒng)在惡劣環(huán)境的高穩(wěn)定性的要求。
12. 市場規(guī)模
商用主板以標準化產(chǎn)品為主、產(chǎn)量以及市場規(guī)模較大、可輕易轉(zhuǎn)換成其他品牌的主板。
工控主板以客制化產(chǎn)品為主、產(chǎn)量以及市場規(guī)模比較小、轉(zhuǎn)換成其他品牌的主板成本較高，因此選用工控主板的用戶，一般情況下不會輕易轉(zhuǎn)換其他品牌。
總結(jié)：
從以上種種可以清晰了解到，工控主板從設計，用料，生產(chǎn)，制造都是經(jīng)過嚴格的篩選和測試，保證工控用戶正常、高可靠性的使用。同時也應該了解為什么工業(yè)主板會比商用主板貴。
雖然工業(yè)主板貴，但其穩(wěn)定、低功耗的特點使用戶在使用過程中能極大降低其使用及維護成本，現(xiàn)在越來越多的用戶已經(jīng)意識到工控主板的優(yōu)勢，在一些對使用環(huán)境及穩(wěn)定性要求比較高的場合，很多以前使用商用主板的客戶也開始改用工業(yè)主板了，因為對于一些工程項目來說，采用工業(yè)主板后，減少了后期的人工維護成本和使用成本，而且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
近幾年，隨著技術的進一步成熟，工控主板的銷售量越來越大，工控主板的成本也大幅度下降，其價格與商用主板的價格也不斷拉近，一些對電腦功能要求單一但穩(wěn)定性要求高的場合，如多媒體廣告系統(tǒng)、證券交易系統(tǒng)、智能家居等等很多都改用了工控主板。另外，一些傳統(tǒng)使用單片機應用的行業(yè)，如機床控制也開始改用X86結(jié)構工控主板，因為工控主板價格在用戶接受范圍，并能達到高穩(wěn)定性，在X86架構下大大減輕了軟件編程難度，大大降低人工成本。
工控主板的應用面越來越廣，也證明了用戶對主板品質(zhì)要求的提高，但也不能盲目的一味要求品質(zhì)，在應用的時候需要明確需求，什么場合什么環(huán)境應用什么主板。總之一句話：適用的才是最好的！
愿廣大用戶能真正了解自己的需求，選著最適合自己應用的產(chǎn)品。祝大家工作順利！
