「边缘运算」Google Edge TPU 板卡阵容动态观察

Google 于 2015 年发表机房用的 Cloud TPU 后,在 2018 年 7 月也发表用于边缘运算的 Edge TPU,并在 2019 年 1 月以 Coral 之名推行 Edge TPU 相关方案。

Google Coral 没有单独销售 Edge TPU 芯片,而是以板卡型态销售,并区分两种取向的板卡,一是前期开发阶段所用的板卡(For prototyping),另一是成熟期出货部署用的板卡(For production)。

板卡的多样选择

在开发阶段的板卡方面 Coral 提供两种选择,一是 Dev Board 的单板电脑(Single Board Computer, SBC),另一是 USB Accelerator。在生产阶段上 Coral 提供四种选择,包含 Mini PCIe 介面、M.2 介面(A+E key)、M.2 介面(B+M key),以及系统模组(System-on-Module, SOM)。

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Google Edge TPU 的 Coral 板卡家族

如此上述共有六种板卡,但其实除了 Dev Board 与系统模组外,另四种都没有主控处理器,而 Dev Board 与系统模组虽有主控处理器,然严格而论只有系统模组有,Dev Board 其实是扣接上一片系统模组后追加提供周边介面而成。

SOM/Dev Board上的主控处理器是 NXP/Freescale 的 i.MX 8M,支持的操作系统为 Debian Linux 衍生成的 Mendel Linux。而没有主控处理器的四种板卡,虽可弹性连接各种类型的主控处理器电路板,但目前可支持的操作系统仅以 Debian Linux 为主,较例外的是 USB Accelerator,由于是外接介面,除Debian Linux 外也已经能支持 Mac OS、Windows 10 等。

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Mendel Linux 操作系统功能方块图。

支持 Edge TPU 的板卡推出

以上为 Coral 官方提供的板卡,然随时间推进也开始有协力业者推出支持 Edge TPU 的板卡。2019 年 11 月华硕电脑(ASUS)扩充其创客开发板的阵容,华硕于 2017 年 CES 期间首次揭露名为 Tinker Board 的创客开发板(形貌似Raspberry Pi),2018 年再推出规格更高的 Tinker Board S 开发板。

2019 年 11 月华硕接续推出 Tinker Edge T 与 Tinker Edge R 开发板,前者即配置了 Coral 的 Edge TPU,其实即炮制官方 Dev Board 的作法,直接扣上 SOM 并提供周边介面而成;后者也同样诉求边缘运算,但主要是运用 Rockchip RK3399 Pro 芯片内的神经网络处理单元(NPU)所提供的硬件加速功能。华硕另也推出 Tinker Edge T 的单板款 CR1S-CM-A SBC,适合产业运用。

此外,华硕也在 PC 电脑 PN60T 里面配置 Edge TPU,使用的是 Mini PCIe 介面,如此可让迷你电脑扮演物联网闸道器(IoT Gateway)的角色,并运用 Edge TPU 加速推论运算。

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华硕运用 Google Edge TPU 方式。

Coral 官方板卡新品宣布推出

到了 2020 年 1 月 CES 期间 Coral 再推出两项官方板卡产品,一是 Dev Board Mini,另一是 Accelerator Module,前者用于验证开发阶段,后者用于出货配置阶段。

Dev Board Mini 顾名思义是之前 Dev Board 的迷你版本,因此印刷电路板的长宽尺寸小于 Dev Board,也不再采用扣上 SOM 的作法而是一体成形,主控处理器则换替成联发科技的 MT8167S,操作系统方面依然是支持 Mendel Linux。

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Google Carol Dev Board Mini

至于 Accelerator Module 则不具备主控处理器,而是尽可能把 Edge TPU 小型化封装,缩小成 10 x 15mm 长宽,且除了 Edge TPU 外仅随附电源管理芯片(Power Management IC, PMIC),并运用其 120 个可焊接脚位与外部连接(使用PCIe Gen2或USB 2.0介面),Coral 官方表示 Accelerator Module 适合在一片系统电路板上配置多颗 Edge TPU 时使用,所以刻意缩小尺寸使其能在有限空间内增加芯片配置量。

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Google Carol Accelerator Module

虽然 Coral 官方发布两项新板卡产品,但尚未正式发售,至 2020 年 1 月底为止官网只写着「Coming Soon」,不过目前已知 Dev Board Mini 约仅有 70 多美元,约是原本 Dev Board(149.99美元)的一半价格,然其运算力也较低,估计 Coral 期望运用 Dev Board Mini 降低接触 Edge TPU 的入门价。

值得注意的是,Coral 在发表 Dev Board Mini 的同时也提升原有 SOM、Dev Board 产品线的内存规格,原有为 1GB LPDDR4 内存,而后提供 2GB、4GB 版本供选择,而 Dev Board Mini 则是配置 2GB DDR3L 内存。至于储存方面,无论 SOM、Dev Board、Dev Board Mini 一律是 8GB eMMC。

最后也谈谈 Edge TPU 相关板卡外的 Coral 官方板卡,Coral 为协助开发验证提供了 2 款感测器电路板,一是 500 万像素的摄影机(使用OmniVision的OV5645影像感测器),另一是多功能环境感测器。

其中多功能环境感测器可感测温度、湿度、近接亮度、高度等,并具备简易的 OLED 显示屏(解析度128 x32),且可与 Google 的 Cloud IoT Core 物联网公有云服务相支持呼应。不过感测器电路板近期未有进一步的更新。

总结

整体而言,Coral 是以 Google TensorFlow Lite 人工智能软件技术,以及 Google Edge TPU 人工智能推论加速处理器芯片为主,环绕此二者提供各种硬件支持。而随着 Accelerator Module 的发表,笔者认为 Coral 的 Edge TPU 推行目标已逐渐从后装市场往预装市场推进,若预装市场逐渐扩大,则 Coral 官方自有板卡将逐渐淡出,反之则仍会积极推行 USB、Mini PCIe、M.2 等介面的后装板卡。


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