Блог компании SuperBrain Core Board: Встроенная система искусственного интеллекта на базе Rockchip RK3588S, плата для разработки

Основная плата SuperBrain: на базе RockchipРК3588ССовет по разработке встроенной вычислительной системы AI

В современную эпоху глубокой интеграции искусственного интеллекта и робототехники уровень интеллекта терминальных устройств стал основным конкурентным фактором. Независимо от того, обеспечивает ли взаимодействие в реальном времени гуманоидных роботов или поддерживает периферийные вычисления в промышленных терминалах, необходим надежный «мозг». Платы для разработки встраиваемых систем служат ключевым мостом между теоретическими исследованиями и практическим применением. Основная плата SuperBrain, разработанная на процессоре Rockchip.РК3588Счип — это именно такая встроенная материнская плата, предназначенная для интеллектуальных терминалов. Благодаря своей высокой вычислительной мощности, мультимедийным возможностям и обширным интерфейсам он привносит новую жизнь в сектор AIoT.

Шэньчжэньская компания электроники Mingjiada, Ltd.представляет Superbrain Core Board — плату для разработки встраиваемых систем на базе процессора Rockchip.РК3588Счип-платформа. Ниже приводится подробное описание процессорного чипа нового поколения RK3588S:

I. Основная основа Совета по развитию: основные преимуществаРК3588СЧип

Основой производительности платы Superbrain Core является чип Rockchip RK3588S. Будучи флагманским AIoT-процессором нового поколения от Rockchip, он использует усовершенствованный 8-нм техпроцесс LP, обеспечивающий исключительный баланс между производительностью и энергопотреблением. Разработанный для встраиваемых сценариев среднего и высокого класса, его основные параметры и функции следующие:

- Архитектура ЦП: имеет восьмиъядерный 64-битный гетерогенный дизайн, включающий четыре высокопроизводительных ядра Cortex-A76 (до 2,4 ГГц) и четыре энергоэффективных ядра Cortex-A55. Поддерживает динамическое планирование big.LITTLE для эффективной обработки сложных вычислений при одновременном снижении энергопотребления при небольших нагрузках. Обеспечивает более чем четырехкратное повышение производительности по сравнению с RK3399 предыдущего поколения, легко справляясь с требованиями одновременной многозадачности.

- Вычислительные возможности искусственного интеллекта: включает NPU (нейронный процессор), обеспечивающий вычислительную мощность до 6TOPS и поддерживающий операции смешанной точности, включая INT4/INT8/INT16/FP16. Совместимый с основными платформами искусственного интеллекта, такими как TensorFlow, MXNet, PyTorch и Caffe, он обеспечивает прямое локальное развертывание алгоритмов искусственного интеллекта, включая распознавание изображений, обработку речи и отслеживание объектов. Это устраняет необходимость в отдельных микросхемах искусственного интеллекта, что значительно снижает затраты на разработку и занимаемую аппаратную часть.

- Возможности обработки мультимедиа: интегрирован графический процессор ARM Mali-G610 MP4, поддерживающий графические интерфейсы, включая OpenGL ES 3.2, OpenCL 2.2 и Vulkan 1.2, со встроенными высокопроизводительными модулями ускорения 2D- и 3D-графики. Он также обладает надежными возможностями кодирования/декодирования видео, поддерживая декодирование видео до 8K при 60 кадрах в секунду (H.265/VP9/H.264) и кодирование видео 8K при 30 кадрах в секунду (H.265/H.264), а также декодирование AV1 4K при 60 кадрах в секунду. Это отвечает строгим требованиям мультимедийных терминалов высокой четкости, систем видеонаблюдения и аналогичных приложений.

- Низкое энергопотребление и миниатюризация: являясь оптимизированной версией RK3588, RK3588S имеет компактный корпус размером 12×12 мм, более компактный, чем корпус RK3588 размером 17×17 мм, что делает его идеальным для встраиваемых устройств со строгими ограничениями по пространству. Одновременно был улучшен контроль энергопотребления: типичное энергопотребление составляет около 1,6 Вт, а максимальное энергопотребление не превышает 12 Вт, что делает его пригодным для сценариев работы с низким энергопотреблением промышленного уровня.

II. Проект аппаратной архитектуры основной платы SuperBrain

В плате SuperBrain Core используется индивидуальная аппаратная конструкция, основанная наРК3588СЧип, использующий 10-слойную печатную плату с погружением в золото, обеспечивает стабильность сигнала и защиту от помех. Размеры основной платы можно адаптировать к компактным конфигурациям (например, 69,6 × 49,4 мм или 89 × 57 мм) в зависимости от требований приложения. Для распиновки используются либо золотые пальцы SODIMM, либо конструкция с 260-контактным разъемом, охватывающая почти все контакты ЦП, что облегчает расширение разработчика. Аппаратная архитектура состоит из трех основных компонентов: основных модулей, интерфейсов расширения и управления питанием:

1. Конфигурация основного модуля

Основной модуль ориентирован на фундаментальные вычисления и хранение данных, предлагая гибкие возможности конфигурации для удовлетворения разнообразных требований приложений:

- Память (ОЗУ): поддерживает 4 ГБ/8 ГБ/16 ГБ LPDDR4/LPDDR4X с шириной шины 64 бита, что соответствует требованиям передачи данных с высокой пропускной способностью. Обеспечивает бесперебойную работу сложных встроенных систем и больших приложений, обеспечивая достаточную поддержку памяти для многозадачности и выполнения алгоритмов искусственного интеллекта.

- Память (флэш-память): стандартная флэш-память eMMC объемом 16 ГБ с возможностью расширения до 32 ГБ/64 ГБ/128 ГБ. Включает зарезервированный слот для карт TF (с поддержкой SD3.0) и флэш-память SPI NOR (128 Мбит) для масштабируемого хранилища высокой емкости, подходящего для буферизации видео, регистрации данных и подобных приложений.

- Тепловая конструкция: предварительно зарезервированные встроенные точки крепления охлаждающего вентилятора в сочетании с тепловой схемой печатной платы эффективно снижают рабочую температуру чипа. Это обеспечивает стабильную работу в диапазоне рабочих температур от -10°C до 60°C, что делает его пригодным для суровых промышленных условий.

2. Двойное превосходство в аудио и видео: исключительные возможности обработки мультимедиа.

Будучи материнской платой терминала, предназначенной для интеллектуального взаимодействия, плата SuperBrain Core демонстрирует исключительные возможности обработки аудио и видео. Он поддерживает декодирование видео 8K при 60 кадрах в секунду и кодирование видео 8K при 30 кадрах в секунду, легко обрабатывая форматы, включая H.265, VP9 и AV1. Это позволяет напрямую управлять дисплеями сверхвысокой четкости 8K или кодировать в реальном времени кадры, снятые камерами высокой четкости.

Эта возможность оказывается особенно важной в сценариях мультимодального взаимодействия. Например, при развертывании в сервисных роботах основная плата Superbrain одновременно питает интерактивные экраны, отображающие виртуальные аватары, и одновременно оптимизирует входные данные от нескольких камер MIPI через встроенный 48-мегапиксельный ISP (процессор сигналов изображения). Он поддерживает такие алгоритмы, как HDR, 3D-шумоподавление и коррекцию «рыбий глаз», обеспечивая точное распознавание лиц и чтение по губам. В сочетании с массивами из нескольких микрофонов он обеспечивает подавление эха (-25 дБ) и мультимодальное шумоподавление (-10 дБ), а также поддерживает функцию пробуждения по лицу. Это позволяет роботам точно нацеливаться на объекты взаимодействия даже в шумной обстановке.

3. Обширные интерфейсы: разработаны для расширения терминала.

Чтобы удовлетворить разнообразные требования к разработке встраиваемых систем, плата Superbrain Core имеет комплексные интерфейсы расширения, охватывающие дисплей, связь и подключение периферийных устройств. Это устраняет необходимость во внешних адаптерных платах, оптимизируя рабочие процессы разработки:

- Интерфейсы дисплея: имеется выход HDMI 2.1 (поддержка 8K при 60 кадрах в секунду или 4K при 120 кадрах в секунду), выход DP 1.4 (поддержка 8K при 30 кадрах в секунду) и интерфейс MIPI DSI (поддержка 4K при 60 кадрах в секунду). Обеспечивает независимое многоэкранное отображение, позволяя одновременно подключаться к нескольким устройствам отображения для отображения высокой четкости и сценариев многоэкранного взаимодействия.

- Интерфейсы связи: встроенный двухдиапазонный Wi-Fi 2,4 ГГц/5 ГГц (с поддержкой 802.11a/b/g/n/ac/ax, WiFi 6 дополнительно) и Bluetooth 5.0 (с поддержкой BLE). Оснащенный одним портом Gigabit Ethernet (чип Realtek RTL8111H), он поддерживает расширяемые модули 4G/5G (интерфейс M.2 или mPCIe) для полного покрытия проводной, беспроводной и сотовой сети, удовлетворяя потребности в связи в сценариях периферийных вычислений и удаленного управления.

- Периферийные интерфейсы: имеется один хост-порт USB 3.0, один хост-порт USB 2.0 и один порт Type-C (с поддержкой 4-канального выхода DisplayPort и USB 3.0 OTG), что позволяет подключать внешние периферийные устройства, такие как мыши, клавиатуры, USB-накопители и жесткие диски; - Зарезервированный 40-контактный интерфейс расширения GPIO, поддерживающий UART, SPI, I2C, PWM и другие протоколы, позволяющий подключаться к датчикам, реле, дисплеям и другим периферийным устройствам для прототипирования устройств IoT.

- Выделенные интерфейсы: имеется один интерфейс камеры MIPI-CSI (с поддержкой разрешения до 4K) для подключения камер высокой четкости для захвата изображений; предоставляет аудиоинтерфейсы (наушники, вход для микрофона, двухканальный выход на динамик), последовательный порт отладки (доступный через 40-контактный GPIO) и кнопку восстановления для облегчения отладки разработчиком и расширения функций.

4. Проектирование управления питанием

Использует интерфейс Type-C для подачи питания, поддерживая протоколы PD 2.0/3.0. Входное напряжение адаптируется в широком диапазоне 9–15 В, обеспечивая безопасную и надежную работу даже в условиях колебаний или нестабильности электропитания. Интегрирует комплексные микросхемы управления питанием для достижения точного управления питанием ЦП, памяти, периферийных устройств и других модулей, что еще больше снижает энергопотребление и увеличивает время работы устройства (подходит для сценариев встраиваемых мобильных устройств).

III. Поддержка экосистемы программного обеспечения

Используя зрелую экосистему программного обеспечения Rockchip, плата SuperBrain Core обеспечивает комплексную поддержку системы и инструменты разработки, позволяющие снизить барьеры для разработчиков и ускорить реализацию проектов. Поддержка основного программного обеспечения включает в себя:

- Поддержка операционных систем: полная совместимость с несколькими основными встроенными операционными системами, включая ОС Orange Pi, Android 12, Debian 11, Ubuntu, OpenWRT и OpenHarmony. Разработчики могут гибко выбирать системы в соответствии со сценариями применения без сложных усилий по портированию.

- Инструменты разработки и SDK: Обеспечивает полныйРК3588Спакет разработки чипа SDK, включающий драйверы, интерфейсы API, документацию по разработке и пример кода. Поддерживает основные инструменты разработки, такие как Visual Studio Code и Keil. Кроме того, поддерживаются официальные инструменты разработки Rockchip, позволяющие перепрошивку системы, отладку, обновление прошивки и другие функции, упрощающие процесс разработки.

- Поддержка разработки искусственного интеллекта и мультимедиа: набор инструментов для разработки алгоритмов искусственного интеллекта облегчает преобразование и развертывание основных моделей искусственного интеллекта, обеспечивая быструю реализацию таких функций, как распознавание человеческих фигур, распознавание номерных знаков и распознавание текста OCR. Интегрированная библиотека обработки мультимедиа поддерживает кодирование/декодирование видео 8K, а также предварительную и постобработку изображений, что упрощает разработку мультимедийных приложений высокой четкости.

- Совместимость с экосистемами с открытым исходным кодом: совместимость с проектами с открытым исходным кодом для основных плат разработки, таких как Raspberry Pi, что позволяет напрямую повторно использовать обширный код с открытым исходным кодом и примеры приложений для снижения затрат на разработку. Одновременно помогает разработчикам настраивать системные ядра и драйверы для удовлетворения индивидуальных требований разработки.

IV. Основные особенности и преимущества платы разработки

По сравнению с традиционными платами для разработки встраиваемых систем, плата SuperBrain Core (РК3588СПлатформа) обеспечивает следующие основные преимущества за счет глубокой оптимизации своего чипа, аппаратного и программного обеспечения, что делает ее подходящей для сценариев разработки встраиваемых систем среднего и высокого уровня:

1. Баланс между высокой производительностью и экономической эффективностью:РК3588СВосьмиядерная архитектура чипа и вычислительная мощность 6TOPS AI конкурируют со встроенными процессорами среднего и высокого класса. Он обеспечивает превосходную экономическую эффективность по сравнению с аналогичными продуктами, устраняя необходимость в отдельных чипах искусственного интеллекта или обработки видео и значительно снижая затраты на оборудование.

2. Компактный форм-фактор с возможностью расширения. Компактная конструкция печатной платы обеспечивает гибкую интеграцию в небольшие встраиваемые устройства. Благодаря 260-контактному разъему и обширным интерфейсам расширения он поддерживает практически все основные периферийные устройства и протоколы связи, отвечая разнообразным требованиям вторичной разработки в различных сценариях.

3. Стабильный и надежный для промышленного применения: изготовлен по технологии 10-слойной иммерсионной золотой печатной платы, комплексному управлению температурным режимом и широкому диапазону рабочих температур (от -10°C до 60°C). Выдержал строгие испытания на надежность, включая экстремальные температурные циклы и стресс-тесты DDR, гарантируя пригодность для жестких условий промышленного управления и эксплуатации оборудования на открытом воздухе.

4. Поддержка полного цикла разработки. Комплексные услуги, начиная с эталонов проектирования аппаратного обеспечения, пакетов разработки SDK и образцов кода и заканчивая технической поддержкой после массового производства, позволяют разработчикам быстро завершить проверку прототипа, функциональную разработку и массовое производство продукта, сокращая циклы разработки.

5. Адаптируемость к нескольким сценариям. Используя надежную производительность ЦП, графического процессора и NPU наряду с обширными интерфейсами, он подходит для разнообразных встраиваемых сценариев среднего и высокого класса. Это устраняет необходимость перепроектирования плат разработки для различных приложений, что снижает затраты на итерацию проекта.

V. Типичные сценарии применения

Основная плата SuperBrain (РК3588СПлатформа) благодаря своей высокой производительности, масштабируемости и стабильной надежности находит широкое применение во встраиваемых системах среднего и высокого класса. Он охватывает несколько областей, включая AIoT, промышленный контроль и мультимедийные терминалы. Типичные области применения включают в себя:

- Периферийные вычисления: эти платы служат узлами периферийных вычислений и используют вычислительную мощность NPU и конструкцию нескольких сетевых портов для развертывания в сценариях интеллектуальной безопасности и промышленного контроля. Они позволяют локально делать выводы и обрабатывать данные с помощью искусственного интеллекта, снижая нагрузку на облачную передачу и повышая скорость реагирования.

- Устройства с поддержкой искусственного интеллекта: адаптированные для распознавания изображений искусственного интеллекта (обнаружение фигур человека, распознавание объектов, распознавание номерных знаков) и голосового взаимодействия (распознавание речи, интеллектуальный диалог), они облегчают разработку интеллектуальных систем контроля доступа, платежных терминалов с распознаванием лиц и интерактивных торговых дисплеев.

- Мультимедийные терминалы: поддерживая кодирование/декодирование видео 8K и возможности многоэкранного отображения, он обеспечивает работу высококачественных цифровых вывесок, телеприставок HD и киосков самообслуживания, обеспечивая четкое и плавное воспроизведение мультимедиа.

- Промышленный контроль и Интернет вещей: благодаря обширным интерфейсам GPIO и связи он функционирует как промышленный контроллер или шлюз AIoT, подключая различные датчики и исполнительные механизмы для обеспечения интеллектуального управления и сбора данных для промышленного оборудования. Он также поддерживает быстрое прототипирование и итерацию контроллеров умного дома.

- Образование и исследования: совместимость с несколькими системами и природа с открытым исходным кодом делают его подходящим для университетских курсов по встроенным системам и проверки алгоритмов искусственного интеллекта, помогая студентам быстро освоить навыки разработки встроенных систем и приложений искусственного интеллекта. Он также предоставляет исследователям высокопроизводительную платформу для разработки инновационных алгоритмов и технологических исследований.

- AR/VR и облачные игровые терминалы: использование надежных возможностей графического процессора и вывода на дисплей с малой задержкой облегчает разработку устройств AR/VR для улучшения впечатлений от игры. Возможность декодирования 8K обеспечивает плавную обработку потоковой передачи игр в облаке, что делает его хорошо подходящим для приложений облачных игровых терминалов.

VI. Заключение

Основная плата SuperBrain на базе RockchipРК3588СПлатформа ориентирована на «высокую производительность, широкие возможности расширения, высокую надежность и высокую экономическую эффективность». Он объединяет аппаратные преимущества чипа с индивидуальной конструкцией макетной платы, дополненной комплексной экосистемой программного обеспечения и комплексной поддержкой разработки. Этот подход позволяет преодолеть традиционные проблемы встраиваемых плат для разработки, а именно «недостаточную производительность» или «чрезмерную стоимость». Эта плата разработки предлагает гибкие и эффективные решения для разработчиков, проводящих проверку прототипов, студентов, реализующих образовательные проекты, или предприятий, осуществляющих массовое производство.

Используя постоянную оптимизациюРК3588СБлагодаря поддержке чипа Rockchip и технической поддержке Rockchip плата SuperBrain Core гибко адаптируется к требованиям встраиваемых систем среднего и высокого класса в различных областях, включая AIoT, промышленное управление и мультимедиа. Он обеспечивает надежную аппаратную и программную основу для инновационных приложений встраиваемых технологий, позволяя разработчикам быстро реализовывать проекты и стимулировать интеллектуальную модернизацию индустрии встраиваемых систем.