NVIDIA Jetson: Architektur, Arbeitsweise und ihre Anwendungen

Die weltweit führende Plattform wie NVIDIA Jetson ist eine Reihe von Embedded-Computing-Boards, die hauptsächlich in autonomen Maschinen und anderen verwendet werden eingebettete Anwendungen . Dieses Board enthält hauptsächlich Jetson-Module, die Hochleistungscomputer sind. Jetson eignet sich gut für ähnliche KI-Software und einen Cloud-nativen Workflow, der auf anderen NVIDIA-Plattformen verwendet wird und eine energieeffiziente Leistung für Kunden bietet, um softwarebasierte autonome Maschinen zu bauen. NVIDIA Jetson wird für Computer-Vision-Anwendungen verwendet. Daher behandelt dieser Artikel einen Überblick über NVIDIA Jetson – das Arbeiten und seine Anwendungen.

Was ist NVIDIA Jetson?

NVIDIA Jetson ist ein fortgeschrittener Einbettungssystem Board, das zur Entwicklung innovativer KI-Produkte in verschiedenen Branchen verwendet wird. NVIDIA Jetson ist eine der führenden Hardwareplattformen, die für Technikbegeisterte und auch Studenten sehr nützlich ist, um praktische Erfahrungen durch eine Reihe innovativer KI-Projekte zu sammeln. Dieses Board ist ein sehr effizientes Board für KI, das modulare Edge-Computer mit kleinem Formfaktor und hoher Leistung umfasst. Darüber hinaus enthält dieses Board auch das JetPack SDK zur Softwarebeschleunigung sowie ein komplettes Ökosystem zur Unterstützung bei der Verbesserung des Entwicklungsprozesses von benutzerdefinierten KI-Projekten.

NVIDIA Jetson-Architektur

Wir wissen, dass das Nvidia-Jetson-Modul von Nvidia eine Aneinanderreihung von Embedded-Computing-Boards ist. Alle Modelle von Jetson TX1, TX2 und TK1 verfügen über einen SoC- oder Tegra-Prozessor von Nvidia, der eine CPU mit ARM-Architektur enthält. Hier ist Jetson ein Low-Power-System, das hauptsächlich darauf ausgelegt ist, maschinelle Lernanwendungen zu beschleunigen.

Die NVIDIA Jetson Xavier NX-Architektur ist unten dargestellt. Es ist der fortschrittlichste und kleinste KI-Supercomputer, der auch für Edge-Computing-Geräte verwendet wird autonome Robotik . Dieses Modul hat die Kapazität, Leistung der Serverklasse in einem soliden Formfaktor von 70 x 45 mm bereitzustellen, und bietet außerdem bis zu 21 TOPS Rechenleistung unter 15 W Leistung, andernfalls bis zu 14 TOPS Rechenleistung unter 10 W.

Das obige Diagramm enthält einen integrierten NVIDIA Volta mit 384 Kernen Grafikkarte einschließlich einer NVIDIA Carmel ARMv8.2 64-Bit-CPU mit 6 Kernen, 48 Tensor-Kernen, 8 GB 128-Bit-LPDDR4x, 4K-Video-Encodern und -Decodern, zwei NVDLA-Engines (NVIDIA Deep Learning Accelerator), einer Kamera für bis zu sechs sofortige hochauflösende Bilder Sensorstreams, Dual Display Port oder HDMI 4K Displays, PCIe Generation 3 Erweiterung, USB 3.1 & GPIOs mit I2C, SPI, I2S, UART & CAN Bus.

Die Spezifikationen von NVIDIA Jetson umfassen Folgendes.

• Die Leistung beträgt 10 W oder 15 W Modi und 5 V Eingang.
• CPU ist NVIDIA Carmel 64-Bit ARMv 8.2 mit 6 Kernen bei 1400 MHz.
• GPU ist NVIDIA Volta mit 384 Kernen bei 1100 MHz über 48 Tensorkerne.
• DL ist Dual-NVDLA-Engines.
• Der Speicher ist 8 GB 128-Bit LPDDR4x bei 1600 MHz.
• 16 GB eMMC 5.1-Speicher.
• Kamera ist 12x MIPI CSI-2 Lanes | 3×4 oder 6×2 Kameras.
• Bis zu 6 Kameras (36 über virtuelle Kanäle).
• Thermik von -25°C bis 90°C.
• Das Display ist DP 1.4 oder eDP 1.4 oder HDMI 2.0 a/b bei 4Kp60.
• Ethernet ist 10 oder 100 oder 1000 BASE-T Ethernet.
• USB 3.1 und USB 2.0.

Dieses Modul wird vom gesamten CUDA-X-Software-Stack von NVIDIA und auch vom JetPack SDK für die KI-Entwicklung unterstützt. Es führt sehr beliebte Frameworks für maschinelles Lernen und schwierige DNNs auf mehreren hochauflösenden Sensorstreams gleichzeitig aus, zusätzlich zu Computer-Vision-, Grafik- und Multimedia-Anwendungen in Echtzeit innerhalb einer vollständigen Desktop-Linux-Umgebung.

Derzeit haben Entwickler mit Hilfe des Jetson AGX Xavier Developer Kit damit begonnen, KI-Anwendungen für Jetson Xavier NX zu entwerfen. Durch Anwenden eines Gerätemuster-Patches in der Nähe von JetPack wird das Gerät wie ein Jetson Xavier NX funktionieren. Dadurch wird die Anzahl der per Software erhältlichen GPU- und CPU-Kerne geändert und die Taktfrequenzen sowie die Spannungen der Kerne im gesamten System festgelegt.

Der Patch ist vollständig reversibel, was verwendet wird, um die Leistung von Jetson Xavier NX anzunähern. Dieses Modul klassifiziert Standardleistungsmodi von 10 W und 15 W und erreicht basierend auf dem aktiven Modus zwischen 14 und 21 TOPS Spitzenleistung. Das nvpmodel-Tool wird verwendet, um Leistungsprofile zu handhaben, um die höchsten CLK-Frequenzen für die GPU, die CPU, verschiedene SoC-Taktgeber und den Speichercontroller zusammen mit den verschiedenen CPU-Clustern anzupassen.

Basierend auf der Arbeitslast gleicht der DVFS-Regler (Dynamic Voltage & Frequency Scaling) die Frequenzen während der Laufzeit bis zu ihren höchsten Grenzen aus, wie durch das aktive nvpmodel beschrieben, wodurch die Leistungsnutzung im Leerlauf und basierend auf dem Prozessorbetrieb verringert wird. Das nvpmodel-Tool hilft beim Erstellen und Ändern neuer Leistungsmodi basierend auf TDP- und Anwendungsanforderungen.

Das NVIDIA Jetson-Modul bringt die Leistung des Supercomputers innerhalb eines SOM (System-on-Module) mit kleinem Formfaktor an die Spitze. Entspricht 21 TOPS beschleunigter Rechenleistung, um aktuelle neuronale Netze parallel zu betreiben und Daten von verschiedenen hochauflösenden Sensoren zu verarbeiten. Dieses Modul ist ideal für hochleistungsbasierte KI-Systeme wie medizinische Instrumente, kommerzielle Roboter, eingebettete AIoT-Systeme, intelligente Kameras, automatisierte optische Inspektion, hochauflösende Sensoren, intelligente Fabriken usw.

Software

Das NVIDIA Jetson-Modul wird einfach durch kombinierte Softwarearchitekturen unterstützt, sodass Softwareentwicklern die Arbeit erheblich erleichtert wird. Dieser kombinierte Ansatz erspart Entwicklern einfach den Aufwand wiederholter Codierung und verbessert gleichzeitig ihre Formationen auf anderen Jetson-Modulen.

Das NVIDIA JetPack SDK ist mit einem Linux-Betriebssystem, CUDA-X-beschleunigten Bibliotheken und APIs für verschiedene Bereiche des maschinellen Lernens wie Computer Vision, Deep Learning usw. verfügbar. Es unterstützt auch Frameworks für maschinelles Lernen wie Caffe, TensorFlow, Keras und OpenCV Computer Vision Bibliotheken.
NVIDIA Jetson bietet verschiedene Software-Tools für seine Module an, die unten besprochen werden.

NVIDIA JetPack-SDK

Jetson-Plattform-Softwarepakete wie TensorRT, CUDA Toolkit, cuDNN, GStreamer, OpenCV und Visionworks werden alle über den LTS-Linux-Kernel auf L4T zusammengestellt.

NVIDIA Jetson Linux-Treiberpaket

Es bietet den Linux-Kernel, NVIDIA-Treiber, Bootloader, Beispieldateisystem, Flash-Dienstprogramme und vieles mehr für die Plattform Jetson.

NVIDIA DeepStream-SDK

Es handelt sich um eine Reihe von APIs und Bibliotheken, die Entwickler beim Entwerfen und Anordnen starker IVA-Lösungen (intelligente Videoanalyse) auf der Jetson-Plattform unterstützen. Es wird verwendet, um komplexe Anwendungen wie Codierung, Bilderfassung, Decodierung, Inferenz mit TensorRT usw. zu erstellen.

NVIDIA Isaac-SDK

Es handelt sich um eine Reihe von Bibliotheken, APIs, Treibern und anderen Tools, die Robotern der nächsten Generation KI für Navigation, Wahrnehmung und Manipulation hinzufügen werden. Es hilft also bei der Erstellung und Bereitstellung von KI-gestützter Robotik.

NVIDIA Jetson-Typen

Das NVIDIA Jetson-Modul wird mit Speicher, GPU, CPU, Hochgeschwindigkeitsschnittstellen, Energieverwaltung usw. geliefert. Diese Module sind in verschiedenen Leistungen, Energieeffizienzen und Variationen von Formfaktoren erhältlich, um sie in verschiedenen Branchen einzusetzen. Es sind verschiedene NVIDIA Jetson-Geräte erhältlich, die unten besprochen werden.

NVIDIA Jetson Nano

Das NVIDIA Jetson Nano-Modul eignet sich für Entwickler oder Studenten und auch für Anfänger, da es hauptsächlich für praktisches Lernen und Lehren konzipiert ist. Die Größe dieses Moduls ist klein, aber seine Energieeffizienz und Leistung sind hoch, um es perfekt zu machen, um gleichzeitig mehrere parallele neuronale Netze, KI-Workloads und Datenverarbeitung von hochauflösenden Sensoren auszuführen. Daher ist das Jetson Nano-Modul ein sehr beliebtes Edge-Gerät, das zur Herstellung von eingebetteten KI-Produkten und -Lösungen verwendet wird.

Dieses Modul eignet sich perfekt für KI-basierte Computer-Vision-Anwendungen und führt KI-Vision-Aufgaben wie Objekterkennung, Bildsegmentierung, Bildklassifizierung usw. aus. Dieses Modul ist sehr kompatibel mit Open-Source-Computer-Vision-Software und OpenCV-Bibliotheken für maschinelles Lernen.

NVIDIA Jetson TX2-Serie

Das Modul der NVIDIA Jetson TX2-Serie hat Kreditkartengröße. Zu den Features dieses Moduls gehören hauptsächlich eine NVIDIA Pascal GPU, bis zu 8 GB Speicher, 59,7 GB/s Speicherbandbreite und Standard-Hardwareschnittstellen. Dieses Modul bietet eine bis zu 2,5-fache Leistung im Vergleich zum NVIDIA Jetson Nano-Modul.

Dieses Modul führt sehr effizient tiefe neuronale Netze auf Edge-Geräten aus, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen. Zu den in der Serie verfügbaren Modulen gehören hauptsächlich Jetson TX2 4GB, Jetson TX2i, Jetson TX2 und Jetson TX2 NX. Das NVIDIA Jetson TX2 NX-Modul teilt einfach Pin- und Formfaktor-Kompatibilität mit Jetson Xavier NX und Jetson Nano.

Die verbleibenden drei Module werden den Formfaktor des ursprünglichen Jetson TX2-Moduls teilen. Die Verwendung der TX2-Serie reicht einfach in verschiedenen Branchen wie Landwirtschaft, Fertigung, Biowissenschaften, Einzelhandel usw. Das Jetson TX2i-Modul aus den verbleibenden Modulen eignet sich am besten für Hochleistungs-KI-Geräte wie medizinische Geräte, Bildverarbeitungskameras und Industrieroboter seines starken Designs.

Dieses Modul ist ein sehr schnelles eingebettetes KI-Computing-Gerät, das eine hohe Energieeffizienz wie 7,5 W, Supercomputer-Fähigkeiten, hauptsächlich für Edge-KI-Geräte, sowie verschiedene Hardwareschnittstellen bietet, die sich leicht in verschiedene Produkte und Formfaktoren integrieren lassen.

NVIDIA Jetson Xavier NX

Das NVIDIA Jetson Xavier NX-Modul ist sehr klein im Vergleich zu einer Kreditkarte mit hoher Leistung und Energieeffizienz. Dies ist auch bekannt als der kleinste KI-Supercomputer für Edge- und Embedded-Systeme der Welt. Dieses Modul hilft insbesondere beim Betrieb kompletter KI-Systeme.

Die Funktionen von Jetson Xavier NX unterstützen auch Cloud-native Technologien, sodass es für Entwickler einfach ist, KI-Produkte zu aktualisieren und zu verwalten. Dieses Modul unterstützt alle gängigen KI-Modelle und Frameworks. Daher eignet sich dieses Modul vollständig für leistungsstarke KI-Systeme wie intelligente Kameras, KI-betriebene hochauflösende Bildverarbeitungssysteme, Drohnen, kommerzielle Roboter oder medizinische Geräte.

Das NVIDIA Jetson Xavier NX-Modul liefert 21 Tera-Operationen pro Sekunde oder TOPS, um eine aktuelle KI-Arbeitslast auszuführen, indem es 10 W Leistung verbraucht. Der Formfaktor dieses Moduls ist im Vergleich zu einer Kreditkarte kompakter. Das Xavier NX-Modul betreibt verschiedene neuronale Netze gleichzeitig und verarbeitet Daten von verschiedenen hochauflösenden Sensoren. Diese Art von Modul wird verwendet, um Anwendungen für Embedded- und Edge-Computing-Geräte zu entwickeln, die eine hohe Leistung erfordern, jedoch mit erheblichen Gewichts-, Größen- und Leistungsbeschränkungen.

NVIDIA Jetson AGX Xavier-Serie

Das Modul der NVIDIA Jetson AGX Xavier-Serie wurde hauptsächlich für autonome intelligente Maschinen der nächsten Generation entwickelt. Dieses Modul liefert bis zu 32 TOPS oder Tera-Operationen pro Sekunde KI-Leistung bei einem Verbrauch von nur 10 Watt. Dem Softwareentwickler ist es einfach erlaubt, neuronale Netze mit einer Reihe von KI-Softwaretools von NVIDIA schnell zu arrangieren.

Dieses Modul bietet verschiedene Spezifikationen und funktionale Sicherheitsfunktionen, damit Entwickler sicherheits- oder industriezertifizierte Produkte erstellen können. Die hohe Leistung dieses Moduls kann es für zahlreiche autonome Maschinen wie Logistik- und Industrieroboter, Fabriksysteme und große Drohnen geeignet machen.

Jetson Xavier NX-Entwicklerkit

Das Jetson Xavier NX Developer Kit enthält ein solides, energieeffizientes Xavier NX-Modul, das für KI-betriebene Edge-Geräte verwendet wird. Dieses Modul verfügt über einige Funktionen wie Cloud-native Unterstützung und beschleunigt den Stack von NVIDIA-Software in nur 10 W mit über der 10-fachen Leistung des Jetson TX2. Dieses Entwicklerkit wird von Herstellern intelligenter Maschinen, KI-Startups und Anwendungsentwicklern verwendet, um moderne Produkte mit kompakter, hochpräziser KI-Inferenz und energieeffizientem Formfaktor zu entwickeln.

Jetson AGX Xavier Industrial

Das Jetson AGX Xavier Industrial Modul ist Teil der AGX Xavier Serie. Das Design dieses Moduls ist ein Pin-kompatibler Formfaktor, der die aktuellsten KI-Modelle in anspruchsvollen Anwendungen steuert. Dieses Modul bietet erweiterte Vibrations-, Schock-, Temperaturspezifikationen, erweiterte Sicherheitsfunktionen, bis zu 4-mal so viel Speicher und 20-mal mehr Leistung als das TX2i-Modul.

Dieses Modul ist sehr hilfreich für Designer, um Automatisierung, Robotik und andere intelligente Produkte zu entwerfen. Darüber hinaus entwickelt es auch sicherheitszertifizierte und robuste Produkte für die Bereitstellung hoher Leistung für industrielle, KI-eingebettete Funktions- und Sicherheitsanwendungen in einem Design mit robustem und energieeffizientem Formfaktor.

Vorteile

Der Vorteile von NVIDIA Jetson das Folgende einschließen.

• NVIDIA Jetson eignet sich für Studenten, einzelne Entwickler und verschiedene Organisationen.
• Die Jetson-Plattform ist sehr beliebt, da sie verschiedene Vorteile wie modulare Flexibilität, einheitliche Software und Unterstützung für Cloud-native Technologien bietet.
• Dieses Board bietet eine Reihe von Modulen, die für alles sehr hilfreich sind, von einfachen KI-Anwendungen bis hin zu sehr komplexen KI-betriebenen Geräten.
• Dieses Board wird durch eine einheitliche Softwarearchitektur angetrieben, die den Entwicklern von der sich wiederholenden Codierung hilft. Sobald sie AI/ML-Kapazität benötigen, können sie ein entsprechendes Jetson-Modul in das Gerät einbauen und es kümmert sich um das schwere Heben.
• Die NVIDIA Jetson-Plattform unterstützt einfach Cloud-native Technologien und Workflows wie Orchestrierung und Containerisierung und bietet Entwicklern die Möglichkeit, KI-Produkte schnell zu entwickeln und zu erweitern.
• Das NVIDIA JetPack SDK ist mit einem Linux-Betriebssystem, APIs und CUDA-X-Beschleunigungsbibliotheken für eine Vielzahl von Bereichen des maschinellen Lernens wie Computer Vision und Deep Learning erhältlich. Es bietet auch Unterstützung für Frameworks für maschinelles Lernen wie Caffe und Keras, TensorFlow- und OpenCV-Bibliotheken für Computer Vision.

Nachteile

Es hat nur sehr wenige Nachteile, wenn man den Preis berücksichtigt

• Das NVIDIA Jetson Nano-Modul ist nicht mit integriertem WLAN verfügbar.
• Das NVIDIA Jetson Nano-Modul enthält nur zwei PWM-Pins auf der Platine.

Anwendungen

Zu den Anwendungen von NVIDIA Jetson gehören die folgenden.

• Das NVIDIA Jetson-Modul bietet überlegene Einbettungssysteme, die zur Herstellung von KI-Produkten für eine Vielzahl von Szenarien verwendet werden. Dies ist ein energieeffizientes Modul, das für KI verwendet wird und hochleistungsfähige, modulare Edge-Computer mit kleinem Formfaktor umfasst.
• Nvidia Jetson-Boards sind hauptsächlich für den Einsatz in eingebetteten Systemen wie Drohnen, Robotern und anderen Geräten konzipiert, die eine leistungsstarke Verarbeitung in einem kleinen Formfaktor benötigen. Zu den gängigen Anwendungen von Jetson-Boards gehören hauptsächlich medizinische Geräte, autonome Fahrzeuge, Digital Signage, AR/VR-Headsets, Smart-City-Anwendungen usw.
• Dieses Modul unterstützt einheitliche Softwarearchitekturen, um die Arbeit der Softwareentwickler erheblich zu vereinfachen.
  Die NVIDIA Jetson-Module und -Geräte sind optimierte Edge-Geräte, die zur Entwicklung von Edge-KI-Systemen verwendet werden.
• Das NVIDIA Jetson Nano Developer Kit ist ein sehr leistungsstarker und kleiner Computer, der mehrere neuronale Netze parallel für verschiedene Anwendungen wie Objekterkennung, Bildklassifizierung, Sprachverarbeitung und Segmentierung betreibt.
• Das NVIDIA Jetson Nano-Modul eignet sich perfekt für Computer-Vision-Anwendungen auf KI-Basis und führt KI-Vision-Aufgaben wie Bildsegmentierung, Bildklassifizierung, Objekterkennung usw. aus.
• Die Nano-Module von NVIDIA Jetson bringen unglaubliche neue Fähigkeiten in Tausende von energieeffizienten und kleinen KI-Systemen
• Das NVIDIA Jetson Nano-Modul ist mit OpenCV-Bibliotheken für maschinelles Lernen und Open-Source-Computer-Vision-Software kompatibel.

Q). Wie hoch ist der Stromverbrauch von Jetson-Modulen?

A). Der Stromverbrauch des Jetson-Moduls variiert je nach Modell und Nutzung. Das Jetson Xavier-Modul hat beispielsweise eine typische Leistungsaufnahme von etwa 15 W bis 30 W, während das Jetson TX2 zwischen 7 W und 15 W verbrauchen kann.

Q). Kann Jetson zur Objekterkennung und -verfolgung in Echtzeit verwendet werden?

A). Ja, Jetson-Plattformen können die Sichterkennung und -verfolgung handhaben. Das Nano-Modul ist eine Hochleistungs-GPU mit Edge-Computing-Plattform, die hauptsächlich zum Erkennen, Zählen und Verfolgen verwendet werden kann.

Q). Mit welchen Arten von Sensoren kann Jetson kommunizieren?

A). Vision-Sensoren werden verwendet, um Jetson mit verschiedenen Kameraschnittstellen wie USB, MIPI CSI und Ethernet zu verbinden. Sie können auch mit Lidar, Ultraschallsensoren und anderen Typen verbunden werden, indem sie die verschiedenen Schnittstellentypen wie I2C, SPI usw. verwenden.

Q). Was ist der Unterschied zwischen Jetson und Raspberry Pi?

A). Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Boards ist; NVIDIA Jetson wurde entwickelt, um hochanspruchsvolle KI- und Computer-Vision-Aufgaben zu bewältigen, während das Raspberry Pi 4-Board über eine stromsparende Multimedia-GPU verfügt, die für allgemeine Computing- und Bildungszwecke verwendet wird. Jetson kann mit seiner leistungsstarken GPU (Graphical Processing Unit) und CPU (Central Processing Unit) für erweiterte Funktionen wie hardwarebeschleunigte Videodecodierung und -codierung verwendet werden.

Q). Kann Jetson für autonome Robotikanwendungen verwendet werden?

A). Die autonome Robotik und Industrie von morgen wird durch NVIDIA Jetson for Intelligent Machines & Robotics angetrieben.

Das ist also eine Übersicht über NVIDIA Jetson – Vorteile und ihre Anwendungen. Dieses Modul ist die weltweit führende Plattform, die von Entwicklern verwendet wird, um fortschrittliche KI-Produkte in allen Branchen herzustellen. Diese Module werden auch von Studenten und Enthusiasten verwendet, um praktische Erfahrungen im KI-Lernen zu sammeln und erstaunliche Projekte zu erstellen. Die Plattform von Jetson umfasst hauptsächlich energieeffiziente, kleine Entwicklerkits und Produktionsmodule. Hier ist eine Frage an Sie, was ist NVIDIA?