【邊緣運算】Google Edge TPU板卡陣容動向觀察

作者:陸向陽

Google於2015年發表機房用的Cloud TPU後,在2018年7月也發表用於邊緣運算的Edge TPU,並在2019年1月以Coral之名推行Edge TPU相關方案。

Google Coral沒有單獨販售Edge TPU晶片,而是以板卡型態銷售,並區分兩種取向的板卡,一是前期開發階段所用的板卡(For prototyping),另一是成熟期出貨佈署用的板卡(For production)。

板卡的多樣選擇

在開發階段的板卡方面Coral提供兩種選擇,一是Dev Board的單板電腦(Single Board Computer, SBC),另一是USB Accelerator。在生產階段上Coral提供四種選擇,包含Mini PCIe介面、M.2介面(A+E key)、M.2介面(B+M key),以及系統模組(System-on-Module, SOM)。

Google Edge TPU的Coral板卡家族(圖片來源:Google)

如此上述共有六種板卡,但其實除了Dev Board與系統模組外,另四種都沒有主控處理器,而Dev Board與系統模組雖有主控處理器,然嚴格而論只有系統模組有,Dev Board其實是扣接上一片系統模組後追加提供週邊介面而成。

SOM/Dev Board上的主控處理器是NXP/Freescale的i.MX 8M,支援的作業系統為Debian Linux衍生成的Mendel Linux。而沒有主控處理器的四種板卡,雖可彈性連接各種類型的主控處理器電路板,但目前可支援的作業系統僅以Debian Linux為主,較例外的是USB Accelerator,由於是外接介面,除Debian Linux外也已經能支援Mac OS、Windows 10等。

Mendel Linux作業系統功能方塊圖。(圖片來源:Google

支援Edge TPU的板卡推出

以上為Coral官方提供的板卡,然隨時間推進也開始有協力業者推出支援Edge TPU的板卡。2019年11月華碩電腦(ASUS)擴充其創客開發板的陣容,華碩於2017年CES期間首次揭露名為Tinker Board的創客開發板(形貌似Raspberry Pi),2018年再推出規格更高的Tinker Board S開發板。

2019年11月華碩接續推出Tinker Edge T與Tinker Edge R開發板,前者即配置了Coral的Edge TPU,其實即炮製官方Dev Board的作法,直接扣上SOM並提供週邊介面而成;後者也同樣訴求邊緣運算,但主要是運用Rockchip RK3399 Pro晶片內的神經網路處理單元(NPU)所提供的硬體加速功能。華碩另也推出Tinker Edge T的單板款CR1S-CM-A SBC,適合產業運用。

此外,華碩也在其公升級桌上型電腦PN60T裡頭配置Edge TPU,使用的是Mini PCIe介面,如此可讓迷你電腦扮演物聯網閘道器(IoT Gateway)的角色,並運用Edge TPU加速推論運算。

華碩運用Google Edge TPU方式。(圖片來源:華碩

Coral官方板卡新品宣布推出

到了2020年1月CES期間Coral再推出兩項官方板卡產品,一是Dev Board Mini,另一是Accelerator Module,前者用於驗證開發階段,後者用於出貨配置階段。

Dev Board Mini顧名思義是之前Dev Board的迷你版本,因此印刷電路板的長寬尺寸小於Dev Board,也不再採行扣上SOM的作法而是一體成形,主控處理器則換替成聯發科技的MT8167S,作業系統方面依然是支援Mendel Linux。

Google Carol Dev Board Mini(Source

至於Accelerator Module則不具備主控處理器,而是盡可能把Edge TPU小型化封裝,縮小成10 x 15mm長寬,且除了Edge TPU外僅隨附電源管理晶片(Power Management IC, PMIC),並運用其120個可焊接腳位與外部連接(使用PCIe Gen2或USB 2.0介面),Coral官方表示Accelerator Module適合在一片系統電路板上配置多顆Edge TPU時使用,所以刻意縮小尺寸使其能在有限空間內增加晶片配置量。

Google Carol Accelerator Module(Source

雖然Coral官方發佈兩項新板卡產品,但尚未正式發售,至2020年1月底為止官網只寫著「Coming Soon」,不過目前已知Dev Board Mini約僅有70多美元,約是原本Dev Board(149.99美元)的一半價格,然其運算力也較低落,估計Coral期望運用Dev Board Mini降低接觸Edge TPU的入門價。

值得注意的是,Coral在發表Dev Board Mini的同時也提升原有SOM、Dev Board產品線的記憶體規格,原有為1GB LPDDR4記憶體,而後提供2GB、4GB版本供選擇,而Dev Board Mini則是配置2GB DDR3L記憶體。至於儲存方面,無論SOM、Dev Board、Dev Board Mini一律是8GB eMMC。

最後也談談Edge TPU相關板卡外的Coral官方板卡,Coral為協助開發驗證提供了2款感測器電路板,一是500萬畫素的攝影機(使用OmniVision的OV5645影像感測器),另一是多功能環境感測器。

其中多功能環境感測器可感測溫度、濕度、近接亮度、高度等,並具備簡易的OLED顯示幕(解析度128 x32),且可與Google的Cloud IoT Core物聯網公有雲服務相支援呼應。不過感測器電路板近期未有進一步的更新。

小結

整體而言,Coral是以Google TensorFlow Lite人工智慧軟體技術,以及Google Edge TPU人工智慧推論加速處理器晶片為主,環繞此二者提供各種硬體支援。而隨著Accelerator Module的發表,筆者認為Coral的Edge TPU推行目標已逐漸從後裝市場往預裝市場推進,若預裝市場逐漸擴大,則Coral官方自有板卡將逐漸淡出,反之則仍會積極推行USB、Mini PCIe、M.2等介面的後裝板卡。

(責任編輯:王姵文)

陸向陽

Author: 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。

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