D-Robotics RDK S100P : บอร์ด SBC มาพร้อม 128 TOPS, Cortex-A78AE และ R52+ เป็นทางเลือกใหม่ของ NVIDIA Jetson Orin NX 16GB

ชุดพัฒนา D-Robotics RDK S100P เป็นคอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว (SBC) สำหรับงานหุ่นยนต์ ซึ่งใช้โมดูลที่มีชิป S100P โดยสามารถมองเป็นทางเลือกหนึ่งของ NVIDIA Jetson Orin NX 16GB ด้วย CPU แบบ 6 คอร์ Cortex-A78AE สำหรับงานประมวลผลทั่วไป, MCU แบบ 4 คอร์ Cortex-R52+, BPU รุ่น Nash ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด 128 TOPS ในงาน INT8, GPU Mali-G78AE และหน่วยความจำ LPDDR5 ขนาด 24 GB

คอร์ R52+ ทั้ง 4 คอร์สามารถกำหนดค่าเพื่อการควบคุมแบบเรียลไทม์ที่มีความน่าเชื่อถือสูงได้ โดย 2 คอร์สามารถทำงานแบบ lockstep เพื่อความปลอดภัย ส่วนอีก 2 คอร์รองรับการทำงานแบบ split-lock ในทางปฏิบัติ CPU A78AE และ BPU สามารถรับผิดชอบ Linux และการประมวลผลภาพ ขณะที่ MCU ทำหน้าที่จัดการงานที่ต้องการเวลาตอบสนองที่แน่นอน เช่น การควบคุมมอเตอร์และการรับส่งข้อมูลจากเซนเซอร์ ซึ่งอาจช่วยลดความจำเป็นในการใช้คอนโทรลเลอร์แบบเรียลไทม์แยกต่างหาก อย่างไรก็ตาม การจะสามารถตัดคอนโทรลเลอร์ดังกล่าวออกได้หรือไม่ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของหุ่นยนต์แต่ละระบบ

สเปคของ RDK S100P:

SoC – D-Robotics S100P
- CPU – Arm Cortex-A78AE 6 คอร์ @ 2.0 GHz (คอร์ AE ที่รองรับด้านความปลอดภัย)
- MCU – Arm Cortex-R52+ 4 คอร์ @ 1.2 GHz (1 คู่แบบ DCLS lockstep + 2 คอร์แบบ split-lock)
- BPU – Nash จำนวน 1 ชุด ประสิทธิภาพ 128 TOPS INT8 equivalent; ผู้ผลิตระบุว่ารองรับ ONNX มากกว่า 160 operators
- GPU – Arm Mali-G78AE, 100 GFLOPS
หน่วยความจำระบบ – LPDDR5 ขนาด 24 GB, บัส 96-bit, ความเร็วสูงสุด 6400 Mbps
สตอเรจ
- eMMC flash 64 GB (อุปกรณ์สำหรับบูต)
- ช่อง M.2 M-Key (PCIe 3.0 x1) สำหรับ NVMe SSD (เอกสารทางการยังระบุว่าบอร์ดสามารถบูตจาก eMMC เท่านั้น)
จอแสดงผล – HDMI 1.4 รองรับสูงสุด 2560 x 1440 @ 60 Hz
กล้อง
- Expansion header 100-pin
- 3x MIPI CSI-2 แบบ 4-lane
- บอร์ดกล้องเสริมเพิ่ม MIPI 2 ชุด + GMSL 4 ช่อง (MAX96712
เสียง – I2S/PCM ผ่าน 40-pin header
ระบบเครือข่าย
- 2x พอร์ต Gigabit Ethernet RJ45 (ผ่าน 40-pin header
- Wi-Fi และ Bluetooth ผ่านช่องเสียบ M.2 E-Key (PCIe 3.0 x1, UART)
USB
- 4x พอร์ต USB 3.0 Type-A
- 1x พอร์ต USB 2.0 Type-C (สำหรับแฟลชเฟิร์มแวร์และดีบัก)
การขยาย
- GPIO หลัก 40-pin (SPI, I2C, I2S, PWM, UART)
- GPIO MCU 16-pin
ดีบัก – JTAG header
อื่น ๆ – ปุ่ม reset/sleep, ขั้วต่อแบตเตอรี่ RTC และขั้วต่อพัดลม
แหล่งจ่ายไฟ – อินพุต DC 12-20V (มาพร้อมอะแดปเตอร์ 90W และบอร์ดรองรับสูงสุด 150W)
ขนาด – 121 x 120 x 51 มม. (รวมเคส)
อุณหภูมิการทำงาน – 0°C ถึง 45°C

RDK S100P ใช้ RDK OS ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการที่พัฒนาบนพื้นฐานของ Ubuntu 22.04 (Jammy) และ Linux 6.1 โดยหมายเหตุในรุ่น V4.0.3 ระบุ kernel เป็น 6.1.112-rt43 และ U-Boot 2022.04 ขณะที่เวอร์ชันดาวน์โหลดที่ใหม่กว่ามีประมาณ V4.0.4-beta สามารถแฟลชระบบปฏิบัติการได้ด้วย D-Navigation บน Windows, Linux หรือ Mac ที่ใช้ Apple Silicon ผ่านพอร์ต Type-C โดยรองรับโหมด U-Boot/fastboot หรือ DFU

สำหรับการพัฒนางานหุ่นยนต์ ซอฟต์แวร์สแต็กประกอบด้วย TogetheROS.Bot ซึ่งพัฒนาบน ROS 2 Humble และมีส่วนประกอบต่าง ๆ เช่น hobot_sensor สำหรับเซนเซอร์, hobot_dnn สำหรับรันโมเดล AI บน BPU และ hobot_codec สำหรับประมวลผลวิดีโอด้วยฮาร์ดแวร์ ส่วนฟังก์ชันกล้องและมัลติมีเดียจัดการโดย hobot_vio และ libsrcampy นักพัฒนายังสามารถใช้ rdk_model_zoo ซึ่งมีโมเดลอย่าง YOLO และเตรียมโมเดลให้พร้อมทำงานบน BPU Nash ด้วยชุดเครื่องมือ OpenExplorer และการควอนไทซ์ INT8 นอกจากนี้ D-Robotics ยังจัดเตรียมซอร์สโค้ดและเครื่องมือ และเครื่องมือสำหรับสร้าง system image แบบกำหนดเอง อย่างไรก็ตาม ใน V4.0.3 ฟีเจอร์บางส่วนยังไม่พร้อมใช้งาน เช่น การรองรับ IMU รุ่น BMI088 บน MCU expansion board

D-Robotics กล่าวถึงบอร์ดขยายสำหรับ S100 series อยู่ 2 รุ่น รุ่นแรกคือ RDK S100 Camera Expansion Board ซึ่งเพิ่มอินเทอร์เฟซกล้อง MIPI CSI-2 แบบ 4-lane จำนวน 2 ชุด และอินพุต GMSL2 จำนวน 4 ช่อง ผ่านตัวเชื่อมต่อ Fakra-Mini แบบ 4-in-1 Z-code โดยใช้ชิป deserializer Maxim MAX96712, บอร์ดสามารถจ่ายไฟให้กล้อง GMSL จากบอร์ดหลักได้ แต่หากกระแสไฟรวมของกล้องมากกว่า 700mA จะต้องใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอก 12V, กล้องที่รองรับ ได้แก่ IMX219, SC230AI, SC132GS, SG8S-AR0820C รวมถึง Intel RealSense D457 และ D435i

บอร์ดขยายรุ่นที่สองคือ RDK S100 MCU Port Expansion Board ซึ่งเชื่อมต่อเข้ากับ Cortex-R52+ MCU domain ของ S100 และเพิ่มอินเทอร์เฟซที่เหมาะกับงานควบคุมหุ่นยนต์มากขึ้น โดยมีพอร์ต CAN FD จำนวน 5 พอร์ต รองรับความเร็วสูงสุด 8 Mbps, พอร์ต Gigabit Ethernet 1 พอร์ต และหัว 30-pin ที่มีช่อง ADC สูงสุด 7 ช่อง, อินเทอร์เฟซ I2C 2 ช่อง และ SPI 2 ช่อง อีกทั้งยังมี IMU Bosch BMI088 ในตัว อย่างไรก็ตาม SDK V4.0.2 ยังไม่รองรับ BMI088

ก่อนหน้านี้ D-Robotics เคยเปิดตัวบอร์ดพัฒนา RDK X3 และ RDK X5 ซึ่งใช้ชิป Sunrise X3 และ X5 ตามลำดับ โดยมีประสิทธิภาพ AI 5 TOPS และ 10 TOPS แต่ RDK S100P แตกต่างออกไปอย่างมากและมีประสิทธิภาพสูงกว่ามาก

เมื่อพิจารณาจากสเปคแล้ว RDK S100P น่าจะเป็นทางเลือกแทน NVIDIA Jetson Orin NX 16GB มากกว่าจะเทียบกับ Orin Nano Super ที่ราคาถูกกว่า หรือ AGX Orin ระดับไฮเอนด์ เพราะทั้งคู่ใช้ CPU Cortex-A78AE, หน่วยความจำ LPDDR5, อินเทอร์เฟซกล้อง MIPI และออกแบบมาสำหรับงานหุ่นยนต์บน ROS 2 โดย Orin NX 16GB มีคอร์ A78AE 8 คอร์, GPU Ampere 1024 คอร์, Tensor Core 32 ตัว, หน่วยความจำ LPDDR5 16GB บัส 128-bit และประสิทธิภาพสูงสุด 100 TOPS INT8 แบบ sparse ที่ 25W ส่วน S100P มีคอร์ A78AE 6 คอร์ @ 2.0 GHz, BPU Nash ที่ให้ 128 TOPS INT8 และ LPDDR5 24GB บัส 96-bit อย่างไรก็ตาม ตัวเลข TOPS เหล่านี้ไม่สามารถเทียบกันได้โดยตรง เพราะ NVIDIA และ D-Robotics ใช้วิธีการวัดประสิทธิภาพ AI ที่แตกต่างกัน

แต่ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดอยู่ที่ซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ควบคุม โดย Jetson มี ecosystem ที่แข็งแกร่งมาก เช่น CUDA, TensorRT, PyTorch, NVIDIA Isaac, Carrier board และโมดูลจากผู้ผลิตหลายราย ในทางกลับกัน S100P ใช้เครื่องมือของ D-Robotics เช่น OpenExplorer และโมเดลรูปแบบ .hbm โดยมี TogetherROS.Bot เป็นซอฟต์แวร์บนพื้นฐาน ROS 2 Humble จุดเด่นอีกอย่างของ S100P คือการมี Cortex-R52+ MCU จำนวน 4 คอร์สำหรับงานควบคุมแบบเรียลไทม์ ซึ่งรองรับทั้งโหมด lockstep และ split-lock ขณะที่ Orin NX ไม่มี MCU ลักษณะนี้ในตัว นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างด้านการใช้พลังงานและรูปแบบตัวบอร์ด และดูเหมือนว่า RDK S100 Module จะหาซื้อได้ยากกว่าในขณะนี้

ชุดพัฒนา RDK S100P เต็มรูปแบบวางจำหน่ายที่ราคา $899 (~29,900฿) บน DFRobot หรือ $999.99 (~33,300฿) บน Waveshare ตอนแรกเราคิดว่าเจอตัวเลือกที่ถูกกว่าในราคา$625.99 (~20,800฿) บน Amazon แต่จริง ๆ แล้วนั่นคือ RDK S100 รุ่นก่อนหน้า (ไม่มีตัว P) ซึ่งมาพร้อม RAM 12GB และให้ประสิทธิภาพสูงสุด 80 TOPS เท่านั้น

แปลจากบทความ : D-Robotics RDK S100P – A 128 TOPS alternative to NVIDIA Jetson Orin NX 16GB with Cortex-A78AE/R52+ cores