「邊緣運算」Google Edge TPU 板卡陣容動態觀察

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 沒有單獨銷售 Edge TPU 芯片,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),另一是成熟期出貨部署用的板卡(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)。

「邊緣運算」Google Edge TPU 板卡陣容動態觀察

Google Edge TPU 的 Coral 板卡家族

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周邊介面而成。

SOM/Dev Board上的主控處理器是 NXP/Freescale 的 i.MX 8M,支持的操作系統為 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,但目前可支持的操作系統僅以 Debian Linux 為主,較例外的是 USB Accelerator,由於是外接介面,除Debian Linux 外也已經能支持 Mac OS、Windows 10 等。

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Mendel Linux 操作系統功能方塊圖。

支持 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持 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 並提供周邊介面而成;後者也同樣訴求邊緣運算,但主要是運用 Rockchip RK3399 Pro 芯片內的神經網絡處理單元(NPU)所提供的硬件加速功能。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 PC 電腦 PN60T 裡面配置 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。

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華碩運用 Google Edge TPU 方式。

Coral 官方板卡新品宣佈推出

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,也不再採用扣上 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,操作系統方面依然是支持 Mendel Linux。

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Google Carol Dev Board Mini

至於 Accelerator Module 則不具備主控處理器,而是儘可能把 Edge TPU 小型化封裝,縮小成 10 x 15mm 長寬,且除了 Edge TPU 外僅隨附電源管理芯片(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芯片配置量。

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Google Carol Accelerator Module

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,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 產品線的內存規格,原有為 1GB LPDDR4 內存,而後提供 2GB、4GB 版本供選擇,而 Dev Board Mini 則是配置 2GB DDR3L 內存。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 萬像素的攝影機(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、溼度、近接亮度、高度等,並具備簡易的 OLED 顯示屏(解析度128 x32),且可與 Google 的 Cloud IoT Core 物聯網公有云服務相支持呼應。不過感測器電路板近期未有進一步的更新。

總結

整體而言,Coral 是以 Google TensorFlow Lite 人工智能軟件技術,以及 Google Edge TPU 人工智能推論加速處理器芯片為主,環繞此二者提供各種硬件支持。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。


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