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Google物聯網技術新略-Cloud IoT Edge探索

作者:陸向陽

說起Google的年度技術盛會,大家第一個想到的就是每年5月的Google I/O,不過Google I/O是整個Google的技術盛會,除此之外Google針對其雲端技術另有一個盛會,稱為Google Cloud Next。Google Cloud Next似尚未固定下舉辦月份,今(2018)年是在7月舉行但明(2019)年提前到4月。

今年的Google Cloud Next上Google提出許多新技術,例如GKE On-Prem,可以讓過去必須在Google公有雲機房內運作的虛擬化執行容器環境,改轉移到企業自有機房端內運作,好處在於企業可自行調控服務速度與效能,資安管控也較完整,同時避免企業資料外流等。

不過GKE On-Prem屬於傳統資訊系統領域,真正讓自造者、創客圈眼睛為之一亮的是,Google在盛會期間提出Cloud IoT Edge技術,屬於物聯網領域,且與端緣運算、邊緣運算關連。到底Google Cloud IoT Edge內容為何?本文以下將對此討論。

物聯網閘道器作業系統

Google提出的Cloud IoT Edge,簡單而言即是Google對於物聯網閘道器的系統設計想法,Google沒有強制限定要使用何種硬體架構與規格,只要能支援與執行Google提出的軟體即可。

首先是閘道器的作業系統要求,Google提出二擇一方案,即Android Things或Linux,Android Things即是Google針對物聯網應用,以Android作業系統為基礎,進行瘦身、輕量化工程的嵌入式作業系統,過去的研發代號為Brillo。Android Things以系統開發板而言多是採ARM架構硬體(照例的,創客可用最熟悉的樹莓派)。

若是使用Linux,則各種硬體架構的系統均可,但多數人會選擇x86,畢竟相關技術資源最廣泛,且價格效能比(Cost Performance Ratio/CP值/性能價格比/性價比)佳。

(註:Android Things開發板相關說明,https://developer.android.com/things/hardware/

最左側為物聯網感測器,往右則是Edge Device(邊緣裝置),Google提出的Cloud IoT Edge技術即屬於此層,更右側的兩層則位於雲端,為Google的公有雲服務。(圖片來源:Google)

Edge IoT Core

接著是Edge IoT Core,這是Google開發並提出的,是一個物聯網閘道器必然要能執行的軟體,這軟體能夠替物聯網的連線通訊加密,能夠更新閘道器上的韌體、軟體,同時也用來管理與交換資料等。

Edge ML

Edge ML亦是Google提出的軟體,顧名思義是用來執行機器學習(Machine Learning),用在人工智慧的推論執行,而不是人工智慧的訓練,訓練需要耗用大量的運算力,通常已事先在雲端或其他強悍運算力的設備上訓練好,訓練好的模型再交由Edge ML推論執行。

Edge ML目前支援TensorFlow Lite的人工智慧框架,是簡化版、輕量版的TensorFlow,比較適合用於硬體資源有限、電能或運算力有限的系統上。

Edge TPU

最後是Google還推出了自家的人工智慧運算加速晶片Edge TPU,在此之前Google已連續三年在Google I/O盛會上介紹其自家設計開發與使用的Cloud TPU晶片,但Cloud TPU晶片只用在雲端上的人工智慧加速,這次Google第一次針對電力、運算力有限的閘道器提出對應的人工智慧加速晶片。Edge TPU可加速TensorFlow Lite的推論執行,另也支援神經網路應用程式介面(NN API)。

Edge TPU開發套件 — SOM (上) 及base board (下);圖片來源

小評

由上述可知,Google針對物聯網閘道器提出兩軟一硬方案,兩軟即Edge IoT Core、Edge ML,一硬則是Edge TPU。若這個技術主張要打折扣的話,至少一個閘道器要能執行Edge IoT Core,而Edge ML、Edge TPU等則為選擇性運用,視是否有需要在閘道器內執行人工智慧運算而定。

即便有人工智慧、機器學習的需求,也可以只使用Edge ML,而不使用Edge TPU,差別在於用一般CPU來執行Edge ML會較為耗用電能且速度較慢,或者採用GPU雖可比CPU快速省電,但仍不若Google自家的Edge TPU來的密切運作。

Google強調Edge TPU晶片極為嬌小,比一美分銅板還要小。(圖片來源:Google)

雖然Edge TPU是此次技術主張中需求必要性最低的,但因為與其他科技大廠如Amazon、Microsoft的Edge技術主張相較,獨家晶片依然讓人比較印象深刻,估計未來Google將銷售Edge TPU晶片,供系統業者植入、整合到閘道器系統內。

值得注意的是,Google提出的Edge技術並未限定只能用於閘道器,如果電子工程技術夠精進的話,也可放入比閘道器更小的物聯網裝置、物聯網感測器節點內,但初期的技術嘗試估計仍是以閘道器為主。Google整套Edge技術主張到底有多少技術合作夥伴與終端用戶願意買單,且讓我們拭目以待了。

陸向陽

陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。
陸向陽

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