發布日期：2022-04-18 點擊率：62
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換代的速度比較快，且對產品的穩定性及使用環境的要求比較低，故此追求的是產品的時效性，以及本身產品的市場定位，對元器件選擇要求上一般只需滿足系統運行2到3年的使用壽命即可（3年之后大部分已經更新換代了），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過長時間，高要求驗證元器件，用以保證產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境（-20℃~60℃），保證在惡劣環境下（壽命期內永久開機、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、性能及壽命要求也遠高于商用產品。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。從性質來說，電解電容穩定性不及鉭電容、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，大多數的工控主板壽命要求在3年以上，部分高品質的工控主板，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，以便適應工控行業惡劣的環境應用。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。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展也越來越重視，相繼發布Atom N230、N270、N280等低功耗CPU，以區分商用CPU和工控CPU。在今后，Intel將為工控行業應用研發更低功耗和制程，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、寬壓的工業應用環境，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境，其產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構、電源、接地情況上進行考慮。
3．排產流程與檢測流程
工控主板很多時候是根據某種應用開發出來的，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可以非常大。由于產量的原因，工業主板會比商用主板的排產費用分攤高出很多。這也是造成工業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（通常這些小廠的產品的服務態度非常好，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，這里會發現所有的問題，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，確保每片主板的質量。
由于普通商業級主板的市場定位，其產品一般只會做電子產品需要的CCC認證，長城認證，民用級的電磁兼容認證 工業級主板由于其針對的是工業市場，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，FCC，QA realbility，CCC，震動，落下，等工業級要求測試認證。
4．尺寸規格：
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境，采用集成度高，體積小，多種尺寸規格的主板，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 規范，基本上PCI 4的驅動能力有相當大的衰減，因此大多數商用主板僅提供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，內嵌GPIO總線，可以實現GPI，GPO功能，而且工業半長卡、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格，其擴展性就不會考慮太多。
6.使用環境：
工控主板常在惡劣環境下工作（壽命期內永久開機、氣候惡劣、潮濕、振動、多塵、輻射、高溫等等），而這些環境下是商用主板無法勝任，當今商業主板大部分只能運行在安定的環境下（工作時間短、室內、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℃之間的環境中穩定、無故障的工作，甚至某些工業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境下（例如潮濕、振動、多塵、輻射、高溫等等應用環境）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構，防止惡劣環境對系統造成傷害。但是全密封無風扇的結構，因為熱源的互相干擾，對主板的性能和穩定性的要求比較高，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（通過連接網絡，使用第3方的軟件，如REAL VNC，PC ANYWHARE等實現）。
工控主板除了可以提供類似的遠程連接管理外，還可以實現遠程無人值守的自動開關機功能。通過內嵌的IPMB，SMNP-1000模塊，可以實現系統實時運行信息的管理、記錄、發送功能。
9．客制化：
商用主板一但生產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的特殊需求而實現用戶的定制化，更好、更完美配合客戶的使用需求環境。
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，可以實現看門狗自動重新啟動、防浪涌沖擊等功能，全力的保證系統在惡劣環境的高穩定性的要求。
12. 市場規模
商用主板以標準化產品為主、產量以及市場規模較大、可輕易轉換成其他品牌的主板。
工控主板以客制化產品為主、產量以及市場規模比較小、轉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換其他品牌。
總結：
從以上種種可以清晰了解到，工控主板從設計，用料，生產，制造都是經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主板會比商用主板貴。
雖然工業主板貴，但其穩定、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，現在越來越多的用戶已經意識到工控主板的優勢，在一些對使用環境及穩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主板了，因為對于一些工程項目來說，采用工業主板后，減少了后期的人工維護成本和使用成本，而且提高了系統的穩定性。
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定性要求高的場合，如多媒體廣告系統、證券交易系統、智能家居等等很多都改用了工控主板。另外，一些傳統使用單片機應用的行業，如機床控制也開始改用X86結構工控主板，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要求的提高，但也不能盲目的一味要求品質，在應用的時候需要明確需求，什么場合什么環境應用什么主板。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品。祝大家工作順利！
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