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昨天，Arm 宣布了其最新的 Cortex-M 系列產(chǎn)品，即新的 Cortex M55。除了新的 CPU 微體系結(jié)構(gòu)帶來了一些新的改進之外，我們還看到了新的 Ethos-U55 NPU IP 的引入，該 IP 旨在與新的 M55 內(nèi)核集成在一起。Arm 的新 IP 旨在在未來幾年內(nèi)提高數(shù)十億低功率嵌入式設(shè)備的機器學習和推理能力，并擴展其產(chǎn)品組合以適應新的用例。
Edge AI 是芯片技術(shù)的最大趨勢之一。也就是說有很多 AI 的功能，可以在沒有云端服務器連接的情況下本地運行，最直接的就是提高了運行速度與隱私性。恩智浦邊緣處理器高級副總裁 Geoff Lees 表示，“在新的 AI 要求以及成本，延遲，可靠性和隱私性等基于云的處理挑戰(zhàn)的推動下，'Empowered Edge'成為一種新的大趨勢。Arm 的新型端點 ML 技術(shù)將幫助 NXP 眾多的微控制器基礎(chǔ)開發(fā)人員可以加速受尺寸和功率限制的設(shè)備的邊緣處理?！?/p>
先舉幾個例子：
物聯(lián)網(wǎng) AI 的其中一個應用是已經(jīng)存在的東西，但是使用 Cortex-M55 和 Ethos-U55 可以將其提高到一個新水平。該設(shè)備并不是每個人都必須擁有的，但是對于那些需要它的人來說，它可能會改變生活。以下是一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)：在美國，有 1000 萬人注冊為盲人或部分盲人。在全球范圍內(nèi)，這一數(shù)字接近 3 億。這里我想說的設(shè)備是連接的手杖。早期版本已經(jīng)存在，我們發(fā)現(xiàn)是以下版本：WeWalk，這些設(shè)備使用感應和導航功能來智能地指導人們避開室內(nèi)和室外的危險。新 AI 包括新的人工輔助，語音和手勢引導的機器交互以及預測性故障傳感器系統(tǒng)，將極大的改變生活。
與 Arm 醫(yī)療保健創(chuàng)新團隊談到了我們新的 Cortex 和 Eth 操作系統(tǒng)處理器可能會進行重大升級。他們告訴我，如今的連接開發(fā)人員面臨的最大挑戰(zhàn)是對超聲定位的依賴。但是超聲波的射程和保真度有限，并且所需的傳感，處理和電源組件往往會使設(shè)計膨脹。
新處理器可以使開發(fā)人員使用 360 度攝像頭將超聲換成支持 AI 的視覺傳感。除了無線通信和導航外，還將由能夠持續(xù)一整天的超薄電池供電。該設(shè)備看起來像傳統(tǒng)的設(shè)備，但卻是最終的視覺輔助工具。而且，由于 AI 計算是在本地執(zhí)行的，因此失去單元連接也沒關(guān)系。
接下來我們一起看看，新發(fā)布的 Cortex-M55 與 Ethos-U55 有哪些新的特性。
新型 Cortex-M55 是與 M33 更緊密相關(guān)的新一代 IP，但是它帶來了一些新的體系結(jié)構(gòu)改進，在機器學習以及矢量指令方面有望實現(xiàn)較大的性能和靈活性改進。
Ethos-U55 是專用的“ microNPU”專用推理加速器，可與 Cortex-M 類 CPU 結(jié)合使用，并提供專用 NPU 的性能和能效，或者通常由 MAC 引擎帶到桌面上–類似的 M 級 IP 占用空間小。
Cortex-M55：第一個具有 Helium 和自定義指令能力的 CPU 內(nèi)核
新的 Cortex-M55 非常重要，因為它是第一個同時具有 Helium（原諒我中文名還不知道怎么叫好）和自定義指令功能的 Arm CPU 內(nèi)核。Helium 的技術(shù)名稱實際上是 MVE（用于 M-Profile Vector Extension），是 M 級處理器產(chǎn)品系列中的新矢量擴展和專用矢量執(zhí)行單元，使其成為該范圍內(nèi)首款具有 SIMD 功能的 CPU 說明。新增功能使新內(nèi)核的 DSP 性能提高了 5 倍，與 ML 相比，針對 ML 工作負載的優(yōu)化指令與 MVE 相結(jié)合，性能提高了 15 倍。
在整體微架構(gòu)方面，它是 M33 和μarch 組合的繼任者，而且頻率的提高將使標量工作負載的性能提高大約 20％，具體取決于供應商的配置。該內(nèi)核的設(shè)計重點是帶寬，并啟用了需要帶寬的新 MVE 和新 ML 工作負載，因此對內(nèi)存子系統(tǒng)進行了改進，例如具有到 TCM（緊密耦合內(nèi)存）的 4 個 32 位接口。
Ethos-U55：Arm 的首款 microNPU
Arm 在 NPU 領(lǐng)域相對較晚一點，因為大多數(shù)供應商已在產(chǎn)品中采用了自己的第一方 IP 體系結(jié)構(gòu)，而如今大多數(shù)供應商都在使用此類實現(xiàn)。但是，嵌入式市場有些不同，因此需要一種面積和功耗比通常在“更大”的實現(xiàn)中（例如，在 Arm 的 Ethos-N 涵蓋的移動 SoC 中）所用的產(chǎn)品要小得多的產(chǎn)品， NPU IP。這是該公司用于微控制器的新型“ microNPU”神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器協(xié)處理器中的首個產(chǎn)品。Arm 聲稱，結(jié)合新發(fā)布的 Cortex-M55，Ethos-U55 可以在公司現(xiàn)有的 Cortex-M 系列產(chǎn)品上將機器學習性能提高 480 倍。
新的 U55 是一種小型 NPU，可從 32 個 MAC 擴展到 256 個 MAC，并且需要與 Cortex-M 類 NPU 耦合。Arm 并未涉及微體系結(jié)構(gòu)的主要細節(jié)，但它是一種非常精簡的設(shè)計，著重于面積和功率效率，并且具有較小的內(nèi)存占用量，其中包括我們在 N 系列產(chǎn)品中看到的一些功能，例如重量減壓。我們說的是 U55 需要與 M 級 CPU 耦合才能用作控制器，但是實際上，這與 N 系列的功能并沒有太大區(qū)別，因為該 IP 已經(jīng)包含 M 級 CPU，專門為低功耗用例設(shè)計的。
與上一代解決方案相比，使用 M55 和 U55 的此類系統(tǒng)的性能改進代表了非常重要的步進功能提升。與基于 Cortex-M7 的系統(tǒng)相比，Arm 提供的數(shù)據(jù)最多可將性能提升 50 倍，同時可將能源效率提高 25 倍。
至于將在何處使用新 IP，則有各種各樣的嵌入式系統(tǒng)。在這里我們要明白，這類系統(tǒng)的主要部分實際上將是當前現(xiàn)有芯片的子系統(tǒng)。如果以移動設(shè)備為例，您會看到子系統(tǒng)在電話的指紋傳感器中使用 IP，在語音助手功能中始終監(jiān)聽音頻芯片，甚至在 RF 系統(tǒng)中使用子系統(tǒng)來優(yōu)化工作負載，例如天線調(diào)諧。當今的移動設(shè)備中有數(shù)百種 M 級處理器將從 ML 功能中受益，其中大多數(shù)功能對用戶完全透明。
Arm 目前已將 M55 和 U55 許可給其主要合作伙伴，并將在未來幾個月內(nèi)向其他客戶開放更廣泛的許可。與 IP 一樣，如果供應商曾經(jīng)公開確認他們是否在其產(chǎn)品中使用了這些設(shè)計，預計最早的芯片最早要到 2021 年初才能問世。
