Présentation des systèmes en temps réel

Découvrez l'impact des systèmes en temps réel sur les applications de l'Internet des objets dans des secteurs variés tels que la fabrication, la santé, l'industrie pétrolière et gazière et la robotique.

Points essentiels à retenir

  • Un système en temps réel se caractérise par sa capacité à produire le résultat attendu dans un délai défini (respect des délais) et à coordonner des horloges indépendantes pour les faire fonctionner ensemble à l'unisson (synchronisation temporelle).

  • Un système critique en temps réel a des délais fixes. Les dépasser engendre une défaillance du système. Dans un système non contraignant en temps réel, le système continue à fonctionner même si l'échéance est dépassée, mais avec une qualité de sortie de qualité moindre peu souhaitable.

  • La capacité d'un système en temps réel est « mesurée » sur la base de deux exigences : la latence et la gigue de calcul.

  • Intel propose du matériel et des logiciels de niveau système de référence pour développer des applications en temps réel, où chaque élément doit fonctionner de manière fiable et prévisible, dans une fenêtre de temps spécifique, pour répondre à des exigences strictes en temps réel.

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Intel fournit les solutions, les technologies et les partenaires pour aider les entreprises à répondre à leurs besoins croissants en matière de traitement de données en temps réel avec des systèmes fiables et prévisibles.

Le besoin de systèmes en temps réel 

La connectivité mondiale croissante, les exigences variables des consommateurs en matière de disponibilité constante des données, et les environnements d'entreprise équipés de capteurs constamment opérationnels entraînent la création, la collecte et l'analyse de quantités exponentielles de données. D'ici 2025, IDC estime qu'il y aura 79,41 zettaoctets de données créées et que près de 30 % 2 d'entre elles devront être traitées en temps réel par des systèmes en temps réel.

Le besoin de traitement en temps réel est particulièrement crucial pour les entreprises des secteurs de la robotique, de la fabrication, de la santé et de la haute précision, notamment le pétrole et le gaz et l'énergie, qui s'appuient sur des données en temps réel pour améliorer constamment la sécurité, l'efficacité et la fiabilité.

Pour garantir aux entreprises de ces types de d'industries que les données sont traitées en temps réel, il est essentiel que le système soit capable de prioriser, de gérer et d'exécuter les charges de travail en temps réel avant les autres.
Par exemple, les constructeurs automobiles modernes dépendent fortement du travail collectif des robots sur une chaîne de production pour assembler une voiture. Les robots se transmettent des pièces, percent, soudent, ou effectuent des contrôles de sécurité, autant d'opérations qui nécessitent un niveau de précision élevé et un minutage méticuleux. Dans ce cas d'utilisation, un système en temps réel doit être capable, non seulement de traiter les données dans un délai défini et prévisible, mais aussi de garantir que les tâches critiques, notamment les charges de travail liées à la sécurité, sont achevées avant les tâches moins critiques.
Ainsi, comment les industries axées sur les données peuvent-elles garantir que les données sont traitées quand et comme elles doivent l'être ? Systèmes en temps réel.

D'ici 2025, IDC estime qu'il y aura 79,41 zettaoctets de données créées et que près de 30 % 2 d'entre elles devront être traitées en temps réel par des systèmes en temps réel.

Qu'est-ce qu'un système en temps réel ?

L'expression « système en temps réel » désigne tout système de traitement de l'information doté de composants matériels et logiciels qui effectue des fonctions d'application en temps réel et peut répondre à des événements dans des délais prévisibles et spécifiques. Les systèmes de contrôle du trafic aérien, les systèmes de contrôle des processus et les systèmes de conduite autonomes sont des exemples courants de systèmes en temps réel.

Avantages des systèmes en temps réel pour les applications

Les systèmes en temps réel offrent plusieurs avantages :

Avantages
Un minutage plus précis Les systèmes en temps réel sont conçus pour réaliser des tâches qui doivent être exécutées dans des délais précis (en microsecondes).
Prévisibilité et fiabilité accrues Les systèmes en temps réel traitant des données dans des délais définis et prévisibles, l'exécution des tâches ou des charges de travail est pratiquement garanti, ce qui améliore la fiabilité des systèmes critiques pour l'entreprise.
Hiérarchisation des charges de travail en temps réel Lorsque des charges de travail en temps réel spécifiques doivent être exécutées dans le délai fixé pour éviter une défaillance critique du système, il est primordial de pouvoir prioriser certaines charges de travail par rapport à d'autres. Certains systèmes en temps réel sont capables de hiérarchiser les charges de travail ou les tâches, mais pas tous.

Composants d'un système en temps réel 

Pour qu'un système en temps réel soit capable de faire de l'informatique en temps réel, il doit répondre à deux exigences :

  • Respect des délais : la capacité à produire le résultat attendu avant une date limite spécifique.
  • Synchronisation du temps : la capacité des agents à coordonner les horloges indépendantes et à les faire fonctionner ensemble à l'unisson.

Lors de l'évaluation des systèmes en temps réel, les entreprises peuvent mesurer la valeur d'un système en fonction de sa prévisibilité à accomplir des événements ou des tâches. La prévisibilité peut être évaluée plus en détail en examinant les éléments suivants du système :

  • Latence : mesure du temps entre deux événements
  • Gigue de calcul : variation de la latence entre les itérations

Une autre caractéristique importante des systèmes en temps réel est qu'ils puissent exécuter simultanément des charges de travail en temps réel ou non afin d'éviter toute défaillance critique du système.

Enfin, il est important de comprendre comment les systèmes en temps réel sont généralement classés. Ils sont désignés comme système non contraignant en temps réel ou comme système critique en temps réel en fonction des contraintes de temps.

Les systèmes non contraignants en temps réel par rapport aux systèmes critiques en temps réel

Le concept de temps réel peut être appliqué à une variété de cas d'utilisation. La majorité de ces cas d'utilisation, notamment la navigation Web et les jeux, entrent dans la catégorie non contraignant en temps réel.

Un système non contraignant en temps réel continue à fonctionner même s'il est incapable de s'exécuter dans un temps alloué. Si le système ne respecte pas son échéance, il n'y aura aucune conséquence critique. Le système peut continuer à fonctionner, mais avec une qualité de sortie moindre peu souhaitable.

Cependant, dans certains secteurs, notamment la robotique, l'automobile, les services et la santé, les cas d'utilisation ont des exigences de synchronisation, d'horaires et de garantie de temps d'exécution plus élevées. Ces exemples entrent dans la catégorie critique en temps réel.

Un système critique en temps réel cessera de fonctionner s'il dépasse une échéance, ce qui peut avoir des conséquences catastrophiques.

Applications de systèmes en temps réel

Systèmes de contrôle de processus 

Les systèmes de contrôle de processus sont utilisés dans les applications industrielles où la production est continue et où les interruptions sont impossibles. Ces systèmes testent les processus, collectent les données pertinentes et les renvoient pour contrôle et dépannage éventuel afin d'aider les entreprises à maintenir la qualité et à améliorer les performances. Les principaux utilisateurs des systèmes de contrôle de processus sont les entreprises du secteur pétrolier et gazier. Ils en retirent souvent de nombreux avantages, que ce soit une plus grande efficacité, une exploitation plus sûre des installations ou moins de temps d'arrêt et de pertes.

Vision par ordinateur 

La vision par ordinateur est utilisée pour aider les machines à interpréter rapidement les données afin qu'elles puissent voir leur environnement et prendre rapidement des décisions en fonction de cette entrée visuelle. Ces machines sont souvent essentielles pour assurer le maintien de la production ou des processus critiques. Les systèmes en temps réel permettent de garantir que de telles machines sont capables de traiter ces données en temps quasi réel.

Robotique

Les technologies robotiques sont utilisées pour de nombreuses applications complexes, dont beaucoup nécessitent des contraintes de temps précises pour garantir une exécution sûre de la charge de travail ainsi que la capacité de fonctionner en continu. Les systèmes en temps réel sont une partie précieuse des systèmes d'exploitation des robots, qui nécessitent de l'informatique et du traitement en temps réel.

Industrie

Les fabricants tournés vers l'avenir s'appuient sur les connaissances acquises par les applications en temps réel pour éviter les problèmes de qualité des produits, améliorer l'efficacité et les performances, et, en fin de compte, obtenir un avantage concurrentiel. Les systèmes en temps réel embarqués peuvent aider les fabricants à optimiser la productivité, à améliorer la qualité et la cohérence des produits et à renforcer la sécurité dans l'usine.

Santé et surveillance des patients 

La rapidité du traitement des données dans la santé peut souvent faire la différence entre la vie et la mort. Les systèmes en temps réel sont essentiels pour garantir que les cliniciens puissent accéder aux données provenant des systèmes de surveillance des patients, notamment les moniteurs de fréquence cardiaque, au moment et à l'endroit où ils en ont besoin pour assurer la sécurité et la santé des patients.

Impact d'Intel sur les systèmes en temps réel

Pour prendre en charge de nouvelles solutions très exigeantes en temps réel, Intel a introduit dans sa gamme de produits une technologie de performance en temps réel, ntel® Time Coordinated Computing (Intel® TCC), et continue à étendre sa prise en charge des réseaux sensibles au temps (TSN).

Intel® Time Coordinated Computing (Intel® TCC) est un nouvel ensemble de fonctions qui augmentent les performances de calcul des processeurs Intel® pour répondre aux contraintes de temps strictes exigées par les applications critiques en temps réel. Grâce à Intel® TCC, les processeurs conviennent aux applications sensibles à la latence, tout en restant généralement économes en énergie et en laissant suffisamment de performances pour d'autres tâches simultanées. Intel® TCC permet de garantir que chaque élément d'une charge de travail s'exécute de manière fiable et prévisible dans la fenêtre de temps requise.

Les réseaux sensibles au temps (TSN) font référence à un ensemble de normes, de spécifications et de capacités IEEE basées sur les réseaux Ethernet standard pour prendre en charge les applications sensibles au temps et la synchronisation de l'heure précise, la ponctualité de la livraison des données et la planification du trafic. TSN peut être utilisé pour optimiser les performances entre les systèmes en tirant parti d'une conception ouverte et basée sur des normes. Intel prend maintenant en charge plus de normes TNS que jamais, notamment :

  • IEEE 802.1AS : Precision Time Protocol généralisé
  • IEEE 802.1Qbv : Time-Aware Shaper
  • IEEE 802.1Qav : Credit-Based Shaper
  • IEEE 802.1Qbu : Frame Preemption

Les solutions Intel® transforment les systèmes en temps réel

La nécessité croissante de répondre aux exigences du temps réel n'est pas prête de ralentir. Grâce à la nouvelle solution Intel® TCC et à la pise en charge étendue de TSN, Intel dispose de la technologie et de l'expertise nécessaires pour aider les entreprises à se préparer au déluge de traitement des données qui s'annonce. Ces solutions adoptent une nouvelle approche combinée pour aider les solutions en temps réel aux performances élevées qui émergent à relever les défis auxquels elles sont confrontées.

Questions-Réponses

L'expression « système en temps réel » fait référence aux composants matériels et logiciels qui effectuent des fonctions d'application en temps réel et peuvent répondre à des événements dans des délais prévisibles et spécifiques.

Les systèmes en temps réel sont catégorisés en non contraignants ou critiques. Un système non contraignant en temps réel continue à fonctionner même s'il est incapable de s'exécuter dans un temps alloué. Plus important encore, si le système ne respecte pas son échéance, il n'y aura aucune conséquence critique. Un système critique en temps réel cessera de fonctionner s'il dépasse une échéance, ce qui peut avoir des conséquences catastrophiques.

De nombreux secteurs, dont la fabrication, la santé, le pétrole et le gaz, l'énergie, la logistique, l'hôtellerie et l'agriculture, utilisent les systèmes en temps réel.

Les systèmes en temps réel sont des éléments technologiques clés, et, en tant que tels, ils sont utilisés dans de nombreuses industries : les applications s'étendent des systèmes d'automatisation de processus à l'entreposage, en passant par les chaînes de production, l'agriculture et la santé.

Les systèmes en temps réel sont des éléments technologiques clés, et, en tant que tels, ils sont utilisés dans de nombreuses industries : les applications s'étendent des systèmes d'automatisation de processus à l'entreposage, en passant par les chaînes de production, l'agriculture et la santé.

Infos sur le produit et ses performances

1IDC, juin 2019, « La croissance des appareils IoT connectés devrait générer 79,4 ZB de données en 2025, selon une nouvelle prévision d'IDC », communiqué de presse.
2

IDC, novembre 2018, « The Digitization of the World de Edge to Core » par David Reinsel, John Gantz, John Rydning.