Edatec IPC3120 recenzija

Edatec IPC3120

90%

90%

Odlično

Novi Edatec IPC3120 Modbus industrijski IIoT računar je produkt višegodišnjeg iskustva kompanije Edatec u razvoju industrijskih rešenja baziranih na Raspberry Pi platformi. On je značajan korak u performansama u odnosu na prethodni Edatec CM4 Industrial, koji sada pored velike snage za obradu podataka dovodi i multimedijalne AI mogućnosti na Edge bez velike potrošnje električne energije i uz odličnu mrežnu povezivost.

Pros

1. Modbus RS232 i RS485 interfejsi
2. Wi-Fi, Bluetooth, Gigabitni Ethernet, 100 Mb Ethernet i 4G LTE (opciono) čine ga odlično povezanom mobilnom platformom
3. Veliki broj video izlaza uz ulaz za kameru i audio in/out linije
4. M.2 konektor za montažu AI modula ili SSD-a
5. Odlična softverska podrška i bogata literatura doprinosi pouzdanosti rada
6. Pasivno hlađenje u potpunosti zadovoljava
7. Superkondenzator štiti od nekontrolisanog gašenja uređaja

Cons

1. Nema otvora za MIPI, audio i GPIO kablove na kućištu
2. Watchdog još uvek nije softverski podržan
3. Nema On/Off dugmeta

Idustrijski računari bazirani na Raspberry Pi CM5 modulu zamenili su na vodećoj tehnološkoj poziciji one sa Raspberry Pi 4 računarima. Performativni skok sa Raspberry Pi 4 na Raspberry Pi 5 je veoma značajan. Znamo to iz naših dosadašnjih testova ova dva SBC modela. Edatec CM4 Industrial koji smo predstavili u maju 2024. oslanjao se na Raspberry Pi CM4 modul i nudio je Modbus komunikaciju, digitalne i analogne I/O, ali i veliku povezivost sa multimedijalnim i data periferijama što je ceo uređaj profilisalo u smeru versatilnog industrijskog rešenja. Zavirimo stoga u IPC3120 model koji smo dobili od kompanije Edatec za potrebe ove recenzije, kako bi odgonetnuli dobiti koje su postignute prelaskom na trenutno najjaču Raspberry Pi seriju sa CM5 modulom.

Hardver

Kao i svi industrijski Edatec modeli, IPC3210 je potpuno oklopljen metalnim kućištem koje sa instaliranim nosačem omogućava instalaciju na DIN šinu. Ono mu obezbeđuje rad i u zahtevnim uslovima koji se nameću Edge računarima u IIoT okruženju. Dimenzije kućišta su 143 x 100 x 35 mm, pa stoga zauzima samo 35 mm šine. Kućište ne štiti uređaj od prašine i vlage, te je potrebno taj vid zaštite obezbediti ugradnjom u adekvatan orman.

Cela leva strana kućišta je izrađena u vidu rebrastog pasivnog hladnjaka preko koga se odvodi toplota sa procesora. Ovo treba imati u vidu prilikom montaže kako bi se obezbedio nesmetani tok vazduha duž rebara. Kućište unutar sebe nema aktivno rešenje za odvođenje toplote. Na našim stres testovima se pokazalo da temperatura procesora ne prelazi 56 °C, a ADC konvertora 63 °C i to pri temperaturi okruženja od 27 °C. Računar smo testirali tri časa, a nakon sat vremena temperatura je postala stabilna.

Edatec u svojoj ponudi ima nekoliko rešenja za pasivno hlađenje Raspberry Pi 5 modela o kojima smo pisali i koja su se pokazala efikasna. Sva se baziraju na masivnom metalnom hladnjaku koji konvekcijom disipira toplotu u okolni prostor, prethodno je preuzimajući sa procesora. U Edatec CM4 Industrial ovakav hladnjak je bio postavljen unutar metalnog kućišta i toplota se odvodila kroz male spoljne otvore. ARM Cortex-A72 jezgra u njemu se zaista manje zagrevaju od novih ARM Cortex-A78 u Broadcom BCM2712 SoC-u na ovom CM5 modulu, ali smo tada imali određen stepen strepnje da je aktivno hlađenje neophodno upravo zbog te oklopljene konstrukcije. Ovde je hladnjak sa spoljne strane i daleko je veći (143 x 100 mm) od svih drugih modela Edatec pasivnih hladnjaka, te se pokazalo da ne dolazi do pregrevanja, čak i pri kontinualnom radu pod punim opterećenjem jezgara.

Prednja maska ovog industrijskog računara koji se montira na DIN šinu nosi sve komunikacione i napojne portove, a mesto je i gde su postavljene signalne LED. Sve diode su zelene, osim PWR LED koja je crvena i signalizira prisustvo napona napajanja. ACT u toku rada sve vreme blinka i time indicira softversku funkcionanost uređaja. Rad USER diode programira korisnik, a 4G se uključuje kada je aktivan mrežni 4G LTE modul. Svaka od četiri COM diode prikazuje protok podataka preko jednog od četiri COM porta.

Napajanje se povezuje preko 3.5 mm Phoenix dvopinskog terminala sa dodatnim osiguranjem zavrtnjima. Potrebno je standardno industrijsko napajanje 9 – 36 VDC koje može obezbediti 24 W. Treba računati da Edatec IPC3120 u desktop modu bez startovanih dodatnih programa, po našim merenjima troši samo 6.3 W, mada u toku podizanja sistema u nekim trenucima povuče i do 8.5 W. Naponski ulaz ima ugrađene zaštite od prekoračenja struje, napona i reverznog protoka struje.

Svi predstavnici Edatec IPC3100 serije imaju ležište za RTC bateriju CR1220, sa tim da opciono može da se doda i kondenzatorski modul sa superkondenzatorima ukupne kapacitivnosti od 1 F koji obezbeđuju napon od 5 VDC na napojnom ulazu u slučaju nestanka napajanja u trajanju od predviđenih 60 sekundi. Naš test je pokazao da superkondezatorski modul obezbeđuje 30 sekundi rada ukoliko je sistem u desktop modu i nije startovan ni jedan dodatni program.

Odmah ispod konektora za napajanje nalazi se 3.5 mm stereo izlaz za slušalice i mono ulaz za mikrofon. On se nalazi samo kod IPC3120 modela, dok ostali nemaju ugrađeni audio. Na PCB ploči, odmah uz ovaj konektor nalazi se četvoropinski konektor na koga se može direktno povezati stereo izlaz i ulaz za mikrofon. Prilikom utačinjanja bananice u 3.5 mm džek, automatski se prekida odvođenje audio signala na ovaj beli konektor i preusmerava se na eksterni konektor. Ovde treba napomenuti da je na ploči ugrađen buzzer koji se kontroliše softverski.

Sledeći je dvanaestopinski 3.5 mm Phoenix konektor sa Modbus (RS232 i RS485) interfejsima. Na našem modelu gornja dva komunikaciona porta su RS232 (TX1/RX1 i TX3/RX3), a donja dva RS485 (A2/B2 i A4/B4). RS232 je realizovan preko Sipex 3232EE RS232 transivera deklarisane brzine do 120 kbps, a RS485 preko half-duplex RS485 transivera SP3485 brzine 10 Mbps. Svi portovi su izolovani, sa elektrostatičkom i zaštitom od prekomernog napona. Terminalni otrpornik od 120k se uključuje po potrebi postavljanjem džampera na odgovarajući par pinova, koji se vide na slici ispod. Tu je i tabela odštampana na samoj ploči sa dodatnim informacijama vezanim za komunikacione portove, ali ono što nam upada u oči je oznaka same ploče IPC21×0 v1.2, umesto 31×0.

Najzad, poslednja dva su Ethernet komunikaciona RJ45 porta, sa tim da je gornji Gigabitni, a donji 100 Mbps. Gigabitnu liniju realizuje Broadcom BCM54210PE Ethernet transiver ugrađen na Raspberry Pi CM5 modulu, dok je drugi 100 Mbps Ethernet realizovan preko ugrađnog USB 2.0 hub-a.

Terminus-ov FE2.1 USB 2.0 HUB se nalazi na ploči odmah iza RJ45 portova i ovo je rešenje koje je preuzeto sa CM4 Industrial modela. Ovaj hub-čip ima sedam USB 2.0 portova, od kojih se jedan koristi kao ulazni. Signal se na ulazni port dovodi sa USB 2.0 sviča, na kome se USB 2.0 sa Raspberry Pi CM5 modula deli na ovaj hub i na micro USB namenjen za programiranje modula sa računara. Dakle, 480 Mbps podataka može ući na FE2.1 USB 2.0 HUB kroz ulazni port i deli se na čak šest periferija. Dva USB 2.0 Type A porta, jedan USB 2.0 port sa petopinskim hederom na samoj ploči, na audio CODEC, opcioni 4G LTE modul i USB-to-Ethernet transiver koji je povezan sa 100 Mbps RJ45 portom. Sinhron rad svih ovih USB linija može bit usko grlo sistema ukoliko se istovremeno koristi veći broj periferija.

Naš model nije došao sa 4G LTE modulom. Edatec je predvideo Quectel EC25 za koji postoji mini PCIe slot sa donje strane ploče. Ležište za SIM karticu je iz praktičnih razloga lakog prilaska od spolja izmešteno uz ivicu pored ležišta za SD karticu.

Sa donje strane je i Raspberry Pi CM5 modul na kome se pored Broadcom BCM2712 SoC-a koji radi na 2.4 GHz – u našoj verziji nalazi i 2 GB LPDDR4-4267 SDRAM-a i 16 GB eMMC. U zavisnosti od upotrebljenog CM5 modula dostupne su i verzije sa 4 i 8 GB RAM-a i 32 i 64 GB eMMC-a respektivno.

Na slici ispod vidi se da se sa donje strane nalazi i jedan 2-lane CSI ulaz i jedan HDMI FPC konektor. Ovaj HDMI konektor omogućava povezivanje HDMI tač displeja i kontrolu njegovog pozadinskog osvetljenja pratećim USB/I2C linijama.

Vide se i prilepljeni termalni pedovi preko kojih se odvodi toplota na pasivni hladnjak o kome smo na početku pričali. Treba obratiti pažnju na Quectel EC25 4G LTE modul koji se zagreva prilikom rada, a performanse su mu garantovane do temperature od 105 °C. Da bi se osigurale, potrebno je odvesti toplotu sa modula. Najbolja praksa bi bila da se postavi jedan termalni ped između modula i PCB ploče i drugi između modula i pasivnog hladnjaka sa gornje strane modula, tj. da se modul stavi u sendvič.

2.4/5 GHz Wi-Fi i Bluetooth modul se nalaze na ugrađenom Raspberry Pi CM5. Na njemu se nalazi i U.FL konektor za eksternu antenu za koju postoji montažni otvor na kućištu. Antena dolazi sa IPC3120. Na kućištu je i montažni otvor za 4G LTE antenu originalno zatvoren lako uklonjivim gumenim čepom.

Iako naš primerak IPC3120 nije došao sa 4G modemom, iskoristili smo PCIe modul koji smo ranije dobili sa Edatec CM4 Industrial sa oznakom EC25-EUX Module namenjen za područja: Evrope, Srednjeg istoka, Afrike i Tajlanda. Sistem ga je prepoznao odmah na 001 USB Bus-u kao 6 uređaj. Na istom USB BUS-u su i audio, dva USB 2.0 porta i FE 2.1 Hub o čemu smo i ranije pričali.

Kao što smo pomenuli, uz zadnju ivičnu stranu uz DIN šinu postavljeni su ležište za SD karticu, SIM karticu i micro USB konektor za programiranje. Montažom nosača za DIN šinu pokriva se u potpunosti micro USB konektor i gotovo ceo ulaz za SIM karticu.

Sa donje strane su dva USB 2.0 Type A porta, reset dugme i HDMI 2.1 izlaz na kome se može dobiti 4k video pri 60 fps. Zaključujemo da IPC 3120 ima dva HDMI video izlaza: jedan eksterni HDMI i jedan FPC konektor unutar kućišta. Na kućištu nema predviđenog otvora za trakasti kabl. Nema ni On/Off dugmeta, što će dovesti do neobične situacije ukoliko softverski ugasite uređaj, ali ga ostavite priključenog na napajanje. Neće postojati način da ga ponovo pokrenete dok ne ispraznite suprekondenzatore i ponovo dovedete napajanje.

Kada se otvori kućište i pogleda ploča, ono što se nalazi sa njene gornje strane su i četiri jasno vidljiva bela konektora uz levu ivicu PCB-a na donjoj slici. Izdvojeni tropinski konektor je 5 V/ 1 A izlaz, dok su tri grupisana dvopinska 12 V/ 1 A izlaza. Svi oni su namenjeni za napajanje opcionih LCD ekrana ili kamera. Treći ekran koji se može povezati bi morao iskoristiti ugrađeni 4-lane DSI konektor sa gornje strane ploče.

Sa spoljne strane kućišta nema konektora na koji bi se dovodili sigali sa dva GPIO hedera koji se nalaze na ploči. Na manjem desetopinskom hederu je osam, dok je na većem četrdesetopinskom dvadeset osam GPIO linija, što u zbiru daje respektabilnih trideset i šest. Na hederima su i 5 VDC, 3.3 VDC i GND signali. Veći heder ima standardni Raspberry Pi raspored GPIO pinova, te je načelno moguće povezivanje HAT-ova. Naravno, ukoliko fizički mogu stati u kućište. Nažalost, nema otvora za trakasti GPIO kabl, niti konektora na kućištu kako bi se pinovima prišlo sa spoljne strane.

Poslednja, nimalo beznačajna stavka je postojanje M.2 Key B konektora koji je generalno namenjen za povezivanje SATA, PCIe x2 i USB portova. Ugrađeni port fizički omogućava korišćenje 2230 i 2242 M.2 Key B kartica. Ovim se otvara mogućnost korišćenja i AI akceleratora, recimo Hailo-8 ili Hailo-8L od 26, odnosno 13 TOPSa koga oni imaju u ponudi i u verziji Key B+M. Ovi moduli se nalaze u zvaničnom Raspberry Pi AI Kit-u o kome smo ranije pisali.

Softver

Edatec IPC 3120 industrijski računar ima već instaliran Raspberry Pi OS (Debian 12) u 64-bitnoj desktop verziji. Na sajtu se može preuzeti i Lite verzija koja nema GUI. I Desktop i Lite su dostupni u 32 i 64-bitnoj varijanti. Preporuka je da se koristi 64-bitni OS, a 32-bitni je tu zbog komptibilnosti sa starim softverom.

Ukoliko samostalno instalirate OS, nakon prvog pokretanja potrebno je užurirati „Firmware package“ kako bi se postigla potpuna funkcionalnost IPC3120 hardvera, a detaljno uputstvo je dato na Edatec sajtu. Za sada softverski nije podržan Watchdog koji postoji u hardveru.

Raspberry Pi OS sa kojim dolazi Edatec IPC3120 ima omogućen SSH, te je lako pristupiti terminalu i preko udaljenog računara. Mi smo iskoristili upravo tu mogućnost da instaliramo Node-RED i isprobamo Modbus konekcije. Sve je poteklo bez ikakvih problema, što smo i očekivali sa obzirom da je ovo sistem u potpunosti baziran na Raspberry Pi CM5 modulu. U Node-RED-u smo dodatne pakete node-red-contrib-modbus i node-red-contrib-buffer-parser, kao i node-red-dashboard, kako bi kreirali Modbus server i uradili mali demo.

Ovaj Edatec IPC3120 model se razlikuje od ostalih u seriji zbog svojih multimedijalnih mogućnosti, pre svega mislimo na 40-pin HDMI FPC konektor koji u sebi nosi HDMI 2.0 i USB/I2C touch signale, 30-pinski MIPI DSI konektor, heder za 2-lane MIPI CSI interfejs i 3.5mm audio džek koji omogućava stereo reprodukciju zvuka i mono mikrofonski ulazni, i najzad 4-pinski konektor za zvučnike i mikrofon. Jasno je da je ovaj model okrenut ka radu sa audio-video signalima, pa se stoga prosto nameće za AI aplikacije.

Ono što nas je u tom smislu posebno interesovalo je da isprobamo Hailo-8 AI modul. Naš Hailo-8 od 26 TOPSa koji smo ranije prikazali je sa M.2 Key M interfejsom. Hailo nam je poslao tu varijantu jer ona ima najbolje performanse usled tehnološki najvećeg mogućeg protoka podataka kroz M.2 Key M magistralu. Međutim, IPC3120 na sebi ima M.2 Key B (omogućava praktično duplo manji protok podataka) i u njega nismo mogli da utaknemo naš originalni Hailo-8. Srećom se u Raspberry Pi AI kitu, čiju smo recenziju takođe objavili, nalazi M.2 Key M+B modul koji smo sada iskoristili za testiranje. Nažalost, ovo je Hailo-8L model, koji postiže 13 TOPSa. Instalacija je vrlo jednostavna i u skladu sa generalnim uputstvom. Preuzeli smo i primere sa GitHub-a i isprobali detekciju objekata i određivanje položaja tela (Pose Estimation) na postojećem video snimku.

Osnovna namena AI akceleratora je da na sebe preuzmu rad sa procesora i time rasterete sistem. Kako su kreirani da efikasno izvršavaju AI funkcije, oni su i po mogućnostima prevazilaze sposobnosti procesora u ovom polju. Međutim, to što će rasteretiti procesor ne znači da sistem neće biti opterećen. Već samo startovanje nekog od primera očigledno umanjuje responzivnost računara. Najbolje se to vidi u Octane 2.0 testovima, koji postižu dvostruko slabije rezultate za vreme rada AI demo-a. Mi smo koristili Pose Estimation AI demo.

Daljim testiranjima smo želeli da otkrijemo gde je „usko grlo“ ovog sistema, pa smo prvo uradili uporedni Sysbench CPU test: za vreme rada AI demoa i kada je sistem u mirovanju. Vidimo da pri radu jednog jezgra nema drastične razlike, jer očigledno sistem može da prebaci deo rada i adekvatno optereti slobodna jezgra za AI. Kada sa druge strane opteretimo sva jezgra testom, jasno je da dolazi do obaranja performansi procesora za čak 50%.

Za AI rad potrebna je brza memorija u adekvatnoj količini. Nama je IPC3120 stigao sa 2 GB. Samo za podizanje desktop sistema OS potroši skoro 1 GB, tako da ostaje svega 1 GB dostupne memorije. To nije sjajno i žao nam je što nismo za testiranje ovog, mi bi rekli multimedijalnog AI IPC31xx. modela, dobili neki sa većim CM5 modulom. U ovoj konfiguraciji Sysbench RAM je pokazao drastično slabije rezultate kada je uključen Hailo-8L: 1522.11 naspram 7267.3 MiB/s. Uradili smo i detaljniji tinymembench, koji je potvrdio da performanse memorije opadaju gotovo upola, poseban problem se javlja kod 32-bitnih operacija sa memorijom gde je pad performansi i dvostruko veći od prikazanog.

Ovde treba istaći da je u toku izvršavanja AI demoa došlo do povećanja potrošnje električne energije, pa imamo da se inicijalnih 6.3 W u mirovanju, povećava na prosečnih 10.3 W u Pose Estimation i Detetion demoima, dok je u Detection Simple (u kome je video manje rezolucije) potrošnja bila 8.3 W.

Zaključak

Edatec IPC3120 je poboljšana verzija Edatec CM4 Industrial inustrijskog računara bazirana na Raspberry Pi platformi. U sebi ima trenutno najjači Raspberry Pi ARM SoC na CM5 modulu. Specifično IPC3120 ima za IPC31xx seriju maksimalne brojne audio i video ulazne i izlazne portove, no nažalost nema otvora za trakaste MIPI kablove na originalnom kućištu. Ukoliko je potrebno, mora se izvršiti njegova modifikacija.

Cena ovog modela je u zavisnosti od memorije i veličine ugrađenog eMMC modula na Raspberry Pi Cm5 modulu između $250 i $300, a u Srbiji je Malina314 uvoznik Edatec programa.

Multimedijalni inerfejsi ga dodatno čine pogodnim za AI – budući da se većina današnjih Edge i IIoT AI aplikacija i svodi na prepoznavanje i detekciju objekata sa kamera ili razaznavanje zvuka prikupljenih preko mikrofona. Da bi se AI snaga dovela do maksimuma, može se instalirati M.2 Key B AI modul, poput Hailo-8, Hailo-8L ili nekog od drugih proizvođača na tržištu. Ukoliko nisu potrebne dodatne AI operacije u M.2 se može montairati SSD.

Edatec IPC3120 model ima dva RS232 i dva RS485 interfejsa, te je time maksimalno proširena mogućnost povezivanja industrijskih uređaja. Dva nezavisna Ethernet porta – jedan Gigabitni i jedan sporiji 100 MB – omogućavaju i brz žični prenos podataka sa i na uređaj, ali i formiranje lokalne mreže. Uz to, integrisan je 2.4/5 GHz Wi-Fi i Bluetooth LE modul, ali je tu i mini PCIe port u koji se može utaknuti 4G modem i time još više povećati mobilna povezivost.

Uređaj je predviđen za montažu na DIN šinu, mada se može koristiti i bez i sa prilagođenom (embedovan) montažom. Nije mu potrebno aktivno hlađenje, budući da se metalno kućište ponaša kao pasivni radijator.

U svakom pogledu, ovaj novi Edatec industrijski IIoT računar je značajan korak u performansama u odnosu na prethodni CM4 Industrial koji sada AI dovodi na Edge bez velike cene u potrošnji električne energije.