BeagleY-AI: Der neueste Einplatinencomputer für KI-Anwendungen

Der BeagleY-AI ist der jüngste Vorstoß von BeagleBoard.org in die Welt der Einplatinencomputer (SBCs) und zielt diesmal auf den schnell wachsenden Bereich der KI und des maschinellen Lernens ab. Der BeagleY-AI ist kompakt, quelloffen und vollgepackt mit spezialisierter Hardware. Er ist als vielseitiges Werkzeug für Entwickler und Forscher gedacht, die eine zuverlässige Plattform für KI-gesteuerte Aufgaben benötigen. Aber wird er dem Hype gerecht? Werfen wir einen genaueren Blick darauf.

Hardware und Design

Das Herzstück des BeagleY-AI ist der AM67A-Prozessor von Texas Instruments, eine Cortex-A53-CPU mit vier Kernen, die mit 1,4 GHz läuft. Die CPU selbst mag im Vergleich zu den höheren Taktraten anderer SBCs bescheiden erscheinen, sie wurde jedoch für industrielle und automobile Anwendungen entwickelt. Texas Instruments stellt SoCs her, die für grundsolide Zuverlässigkeit ausgelegt sind, mit Echtzeit-Steuerungsfunktionen, die von den Cortex-R5-MCU-Kernen bereitgestellt werden, sowie KI-Beschleunigung durch zwei C7x-DSPs. Diese On-Chip-Beschleuniger ermöglichen dem BeagleY-AI eine starke KI-Leistung und die Bewältigung präziser, zeitkritischer Aufgaben selbst in anspruchsvollen Umgebungen.

Für mich liegt die Stärke des Chips in der dazugehörigen Hardware. Der AM67A wird durch zwei C7x-DSPs mit Matrix-Multiplikationsbeschleunigern (MMA) ergänzt, die bis zu 4 TOPS (Tera-Operationen pro Sekunde) an KI-Leistung liefern können. Damit eignet er sich für Deep-Learning-Anwendungen wie Bilderkennung und Objekterkennung in Echtzeit. 

Es ist wichtig zu wissen, dass sich die Angabe von 4 TOPS speziell auf 8-bit-Operationen bezieht, die üblicherweise bei KI-Inferenzaufgaben verwendet werden, um Geschwindigkeit und Effizienz zu optimieren. Wenn eine höhere Genauigkeit erforderlich ist, z. B. 16- oder 32-bit-Operationen, wäre die Leistung in TOPS geringer.

In Sachen Konnektivität ist das Board mit vier USB-3.0-Anschlüssen, einem USB-2.0-Anschluss (Typ C) und einem Gigabit-Ethernet-Anschluss gut ausgestattet. Dank des BeagleBoard-Moduls BM3301 unterstützt es außerdem Wi-Fi 6 (802.11ax) und Bluetooth 5.4. Als Display-Ausgänge stehen ein Micro-HDMI-Anschluss, ein OLDI-Anschluss (LVDS) auf der Unterseite und eine MIPI-DSI-Schnittstelle zur Verfügung, über die Sie bis zu drei Displays gleichzeitig ansteuern können. Die Datenspeicherung erfolgt über einen microSD-Kartensteckplatz, was bei SBCs dieser Kategorie und dieses Formfaktors Standard ist.

Eines der hervorstechenden Merkmale ist der 16-polige FPC-Anschluss (PCIe Gen3 x1), der Hochgeschwindigkeits-Erweiterungsoptionen ermöglicht. Das Board ist außerdem lüfterlos, eine willkommene Eigenschaft für Anwender, die sich über Geräuschpegel und Zuverlässigkeit bei Langzeiteinsätzen Gedanken machen. All dies wird natürlich durch den 40-poligen GPIO-Anschluss ergänzt, der eine umfassende Anpassbarkeit und Integration von Peripheriegeräten ermöglicht.

Die 40-poligen GPIOs werden Ihnen sicher bekannt vorkommen, und das ist kein Zufall: Der BeagleY-AI hat einen Raspberry-Pi-kompatiblen Formfaktor, der es dem Benutzer ermöglicht, das riesige Zubehör-Ökosystem rund um Raspberry Pi-Boards zu nutzen.

Dazu gehört auch die Kompatibilität mit einer breiten Palette von Gehäusen, Displays und anderen Peripheriegeräten, was die Vielseitigkeit des Boards weiter erhöht. Darüber hinaus bietet BeagleBoard.org vollständigen Zugang zu den Designdateien, sodass Benutzer das Board an ihre speziellen Projektanforderungen anpassen und verändern können.

Trotz seiner kompakten Größe ist der BeagleY-AI für den industriellen Einsatz konzipiert. Die Verwendung von Komponenten von Texas Instruments gewährleistet Robustheit und langfristige Verfügbarkeit und macht das Board zu einer praktikablen Option sowohl für die Entwicklung von Prototypen als auch für den Einsatz in Produktionsumgebungen. Der Open-Source-Charakter des Boards ermöglicht auch Modifikationen für spezielle Anforderungen, sei es die Anpassung des Hardware-Designs oder die Optimierung der Software für bestimmte Anwendungsfälle.

Software und Einrichtung

Auf dem BeagleY-AI läuft ein Debian-basiertes Betriebssystem mit einer XFCE-Desktop-Umgebung, die eine schlanke und reaktionsschnelle Benutzeroberfläche bietet. Der Einstieg in die Bedienung ist relativ einfach, insbesondere wenn Sie bereits mit ähnlichen Geräten gearbeitet haben. Der Einrichtungsprozess umfasst das Flashen des Betriebssystems auf eine microSD-Karte, das Konfigurieren der Datei sysconf.txt und das Aktualisieren der Software über die Kommandozeile. BeagleBoard.org hat eine ausführliche Dokumentation zur Verfügung gestellt, die für Anwender wichtig ist, die mit den Feinheiten von SBCs nicht vertraut sind. 

Für Windows-Benutzer kann sich das Flashen des Images etwas umständlich gestalten. Sie benötigen zusätzliche Tools wie den Balena Etcher oder BeagleBoards hauseigene bb-imager.exe und müssen die Image-Datei vor der Verwendung dekomprimieren. Auf meinem Windows-Rechner hatte ich in hierbei ein paar kleinere Probleme, aber nichts Unüberwindbares. 

Einmal eingerichtet, funktioniert der BeagleY-AI hervorragend, auch wenn es einige Ecken und Kanten gibt. Zum Beispiel sind die GPU-beschleunigten Bibliotheken vorhanden, aber nicht alle notwendigen Komponenten, wie der DSP-Compiler, sind sofort verfügbar. Dies könnte eine Hürde für Entwickler darstellen, die die KI-Fähigkeiten des Boards sofort voll ausschöpfen möchten. 

Das Board unterstützt eine breite Auswahl an Entwicklungstools, die besonders für diejenigen nützlich sein können, die KI-Funktionen in ihre Projekte integrieren möchten. So kann beispielsweise TensorFlow Lite zur Ausführung von Machine-Learning-Modellen verwendet werden, während OpenCV ein robustes Framework für Bildverarbeitungsaufgaben bietet. Die Community hat bereits damit begonnen, Tutorials und Anleitungen beizusteuern, die für Neulinge auf der Plattform von unschätzbarem Wert sein können.

Ein beruhigender Vorteil des BeagleY-AI ist das starke Engagement von Texas Instruments für das Upstreaming seiner Beiträge zum Linux-Kernel. TI verfolgt eine „Upstream-First“-Politik und stellt alle notwendigen Kernel- und Softwareänderungen für den Mainline-Linux-Kernel zur Verfügung, sobald der Chip verfügbar ist. Dies gewährleistet langfristige Unterstützung und Kompatibilität mit einer breiten Auswahl von Software-Ökosystemen.

Performance und Anwendungsfälle

Dank seiner spezialisierten Hardware überzeugt der BeagleY-AI bei KI-gesteuerten Aufgaben. Die Kombination aus zwei C7x-DSPs und MMAs ermöglicht die effiziente Ausführung von Deep-Learning-Algorithmen und macht ihn zu einer soliden Wahl für Anwendungen in den Bereichen maschinelles Sehen, Robotik und Automatisierung. Während des Tests bewältigte das Board die Aufgaben der TensorFlow-Lite-Objekterkennung reibungslos, wenn auch mit einer gewissen Wärmeentwicklung – die Temperaturen erreichten bei intensiven Operationen etwa 74 °C, was zwar warm, aber ohne aktive Kühlung beherrschbar ist.

In praktischen Anwendungen gehen die Fähigkeiten des BeagleY-AI über die reine KI hinaus. Dank seiner robusten Schnittstellen, einschließlich PCIe, USB 3.0 und Gigabit Ethernet, eignet er sich für eine Vielzahl von industriellen Aufgaben. Ob Sie nun ein intelligentes Kamerasystem bauen, eine Fertigungsstraße automatisieren oder einen Roboterarm entwickeln, die Flexibilität des Boards sorgt dafür, dass es an die spezifischen Projektanforderungen angepasst werden kann. Der 40-polige GPIO-Anschluss, der mit einer Vielzahl von Peripheriegeräten kompatibel ist, erhöht die Vielseitigkeit des Boards noch weiter und ermöglicht die Integration von Sensoren, Aktoren und anderer Hardware. 

Es ist jedoch nicht alles perfekt. Die relativ bescheidene CPU des Boards bedeutet, dass es einen Desktop-Rechner für allgemeine Computeraufgaben nicht ersetzen kann, und der 4 GB große Arbeitsspeicher ist zwar für viele Anwendungsfälle ausreichend, könnte aber bei speicherintensiven Anwendungen zum Engpass werden. Außerdem unterstützt das Board zwar PCIe-Erweiterungen, ist aber auf eine einzige Gen3-Lane beschränkt, was die Leistung einiger Peripheriegeräte einschränken kann. 

Ein Bereich, in dem sich der BeagleY-AI besonders auszeichnet, ist sein Potenzial für Echtzeitanwendungen. Die Cortex-R5-Kerne ermöglichen I/O-Operationen mit geringer Latenz, was in Umgebungen, in denen das Timing kritisch ist, entscheidend sein kann. Das macht ihn zu einem guten Kandidaten für den Einsatz in Bereichen wie der Medizintechnik, wo Präzision und Zuverlässigkeit von größter Bedeutung sind.

Community und Support

Eine der größten Stärken des BeagleY-AI ist seine Open-Source-Philosophie. Alle Designdaten für die Hardware sind verfügbar, sodass fortgeschrittene Entwickler das Board an ihre speziellen Bedürfnisse anpassen können. Texas Instruments stellt außerdem sicher, dass seine Prozessoren für Entwickler und Hersteller leicht zugänglich sind, und bietet einen offenen Zugang zu Designdateien und Software-Ressourcen, wodurch die Kontrolle wieder in die Hände der Benutzer gelegt wird. Diese Offenheit erstreckt sich auch auf die Software, mit einem robusten, auf Debian basierenden Ökosystem, das von umfangreicher Unterstützung durch die Community profitiert. Es ist jedoch erwähnenswert, dass der AM67A-Prozessor selbst nicht quelloffen ist, was für einige in der Community ein möglicher Streitpunkt sein könnte.

Die von BeagleBoard.org zur Verfügung gestellte Dokumentation ist sehr ausführlich und deckt alles von der Ersteinrichtung bis hin zu fortgeschrittenen Anwendungsfällen ab. Allerdings ist die Softwareunterstützung noch verbesserungswürdig. Mit Stand von Mitte 2024 werden einige der KI-Funktionen und -Tools, wie z. B. das Edge-AI-Framework, noch nicht vollständig unterstützt, was die Attraktivität des Boards für innovative Entwickler einschränken könnte. Die Foren und Community-Ressourcen sind aktiv, aber da das Board erst seit relativ kurzer Zeit verfügbar ist, werden noch einige Fehler behoben.
 
Die BeagleBoard.org-Community ist eines der aktivsten und kooperativsten Ökosysteme in der SBC-Welt. Die Benutzer tauschen regelmäßig Projekte aus, geben Ratschläge zur Fehlerbehebung und tragen zur Entwicklung neuer Funktionen bei. Dieses hohe Maß an Engagement in der Community ist ein großer Vorteil für neue Benutzer, da es hierdurch eine Fülle von Wissen gibt, auf das Sie zurückgreifen können. Egal, ob Sie ein erfahrener Entwickler oder ein Hobbybastler sind, Sie werden feststellen, dass die Community Sie herzlich willkommen heißt und bereit ist, Ihnen zu helfen.

Zukunftspotenzial

Mit Blick auf die Zukunft bietet der BeagleY-AI ein erhebliches Wachstumspotenzial. Wenn das Software-Ökosystem reift, können wir eine umfassendere Unterstützung für KI-Frameworks und ‑Tools erwarten. Firmware-Updates könnten neue Funktionen freischalten oder bestehende verbessern, insbesondere im Bereich der KI-Verarbeitung und der Integration von Peripheriegeräten. Darüber hinaus werden Drittanbieter wahrscheinlich Add-ons und Erweiterungen entwickeln, die die Fähigkeiten des Boards verbessern und es noch vielseitiger machen werden. 

Der Open-Source-Charakter des BeagleY-AI bedeutet, dass es sich nicht nur um ein statisches Produkt handelt – es ist eine Plattform, die sich weiterentwickeln kann. Benutzer, die bereit sind, sich in der Community zu engagieren und zum Projekt beizutragen, werden feststellen, dass sie die Zukunft des Boards mitgestalten können, um sicherzustellen, dass es die Anforderungen einer breiten Palette von Anwendungen erfüllt. Diese Anpassungsfähigkeit ist einer der Hauptgründe, warum der BeagleY-AI für jedes KI- oder Embedded-Projekt eine Überlegung wert ist.

Pro und Contra

Pro

KI-Performance: Die beiden C7x-DSPs und MMAs liefern bis zu 4 TOPS und sind damit ideal für Deep-Learning-Anwendungen.

Konnektivität: Mit USB 3.0, Gigabit-Ethernet, Wi-Fi 6 und Bluetooth 5.4 ist das Board für verschiedenste Anwendungen gut gerüstet.

Erweiterungsfähigkeit: Der PCIe-Gen3-x1-Anschluss und der 40-polige GPIO-Header bieten umfangreiche Erweiterungsmöglichkeiten.

Open-Source-Hardware: Benutzer können auf alle Hardware-Designdateien zugreifen und diese ändern, was Innovation und Anpassung fördert.

Industrietaugliche Komponenten: Die eingesetzte Texas-Instruments-Hardware gewährleistet Zuverlässigkeit und langfristigen Support und eignet sich daher sowohl für die Entwicklung als auch für den Einsatz.

Contra

CPU-Leistung: Der Cortex-A53 mit vier Kernen und 1,4 GHz ist im Vergleich zu anderen aktuellen SBCs wenig beeindruckend.

RAM-Beschränkung: 4 GB LPDDR4-RAM sind möglicherweise nicht für alle Anwendungen .

Software-Lücken: Einige KI-Funktionen und -Werkzeuge werden derzeit nicht vollständig unterstützt, was die Möglichkeiten des Boards einschränkt.

Kühlung: Das Board wird unter Last relativ warm, und obwohl es lüfterlos ausgelegt ist, bevorzugen manche Benutzer vielleicht eine aktive Kühlung.

Fazit

Der BeagleY-AI ist eine überzeugende Wahl für Entwickler und Forscher, die nach einem vielseitigen, KI-fähigen SBC suchen. Dank seines Open-Source-Designs in Verbindung mit dem leistungsstarken AM67A-Prozessor eignet er sich für eine Vielzahl von Anwendungen, insbesondere im Bereich der KI und des maschinellen Lernens. Allerdings ist er nicht ohne Einschränkungen. Die CPU-Leistung ist bescheiden, der Arbeitsspeicher reicht für anspruchsvollere Aufgaben möglicherweise nicht aus, und einige KI-Funktionen erfordern weitere Softwareunterstützung.

Dennoch machen die Stärken des Boards – wie die robuste KI-Beschleunigung, die umfassenden Verbindungsoptionen und die Erweiterbarkeit – es zu einem wertvollen Werkzeug für diejenigen, die bereit sind, sich mit seinen Eigenarten auseinanderzusetzen. In dem Maße, in dem das Software-Ökosystem reift und die Community weiterhin ihren Beitrag leistet, wird das Potenzial des BeagleY-AI wahrscheinlich wachsen und es zu einer noch attraktiveren Option für KI-gestützte Projekte machen. Ganz gleich, ob Sie innovative KI-Anwendungen erforschen oder eine zuverlässige Plattform für die industrielle Automatisierung suchen, der BeagleY-AI bietet eine solide Grundlage, die Innovation und Experimentierfreude belohnt.

Eine vollständige Dokumentation zur BeagleY-AI finden Sie unter beagleboard.org/boards/beagley-ai.