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ARM发布Cortex M55内核与Ethos U55 microNPU

【天极网手机频道】ARM近日公布最新Cortex-M系列内核(最新的Cortex M55),还引入Ethos U55 microNPU等改进。ARM希望通过新的IP,在随后的几年时间内数十亿低功耗嵌入式设备提升机器学习和推理能力,扩展自家产品组合以满足新的用例需求。

    机器学习技术过去的几年应用已变得非常普遍,各个行业和各种系统中都能见到机器推理功能。ARM认为终端AI市场会在未来几年中迎来爆炸性增长,新IP就是为此做准备。

ARM Cortex-M55是与M33联系更加紧密的新一代IP,引入体系架构上的新改进,能够在机器学习和矢量指令方面实现较大的性能和灵活性改进。

    Cortex-M55是ARM首款具有Helium/定制指令能力的CPU内核,Helium特指M-Profile Vector Extension(简称 MVE),属于M系列CPU中的新矢量扩展和专用矢量执行单元,使之成为该范围内首款具有单指令多数据流(SIMD)功能的产品。

    整体微架构方面,新IP继承M33和μarch。在频率提升的加持下,它将标量工作负载的性能大约提升20%,具体取决于供应商的配置。新内核的设计重点同样体现在带宽上,启用需要带宽的新MVE和机器学习工作负载,因此对内存子系统进行了改进,比如4×32-bit接口与紧密耦合内存(TCM)。

Ethos-U55是一种小型的专用的microNPU推理加速器,可从32路扩展到256 MAC、且需要与Cortex-M 系列NPU耦合。与Cortex-M系列CPU结合使用带来专门面向于NPU的性能与能效提升。

与Cortex-M系列内核一样,Ethos-U55的空间占用也比较少。尽管ARM进入NPU领域的时间相对较晚,但新推出的Ethos-U55 microNPU,对较嵌入式市场有着独特的意义。与移动SoC上更大的Ethos-N系列相比,它的面积和功耗要低得多。

ARM未提及微体系架构的主要细节,但可知它是一种非常精简的设计,注重的是面积和能源效率、具有较小的内存占用量,其中包含我们在N系列产品中见到的一些特性,如Weight Decompression。即便如此,它与N系列在功能上并没有太大区别,因为该IP已包含M系列CPU 。据说其架构与NPU有所不同(与更大的兄弟无关),且是专门为低功耗用例而设计。

    就面积大小而言,ARM Ethos-U55最小的32 MAC约为M55的2倍。这里没有绝对的数字提供,实际上讨论的是平方毫米的分数。与上一代解决方案相比,使用M55和U55的此类系统,其性能改进意味着相当重要的步进功能提升。与基于Cortex-M7的系统相比,ARM带来包含50倍的性能提升以及25倍的能效改进。

    至于新IP的可用领域,ARM展望了各式各样的嵌入式系统(主要是现有的芯片子系统)。比如在移动设备上,厂商可在手机的指纹传感器、语音助理(实时指令)甚至在RF系统中(如天线调谐)使用它来优化工作负载。当今的移动设备中,有数百种M系列CPU可从机器学习功能中获益,且其中大多数功能对用户来说是完全透明的。

边缘AI的好处是设备本地运行AI,而不是在远程服务器上运行AI处理,极大地提高隐私性和速度。像ARM其他芯片一样,新设计的芯片不会由ARM制造。相反,ARM提供给各种合作伙伴设计制造适合的芯片。ARM打算将这些芯片用于开发新的物联网设备,从而将AI处理功能带到更多不具备这些功能的设备上。 ARM想象的一个用例是手杖中的360度摄像头可以识别障碍物,或者新的火车传感器可以本地识别问题并避免延误。

ARM Cortex-M55是ARM Cortex-M处理器系列中的最新型号,该公司表示与以前的Cortex相比,机器学习性能提高了15倍,数字信号处理性能提高了5倍。对于真正苛刻的边缘AI任务,可以将Cortex-M55(或更旧的Cortex-M处理器)与Ethos-U55 NPU结合使用,进一步提升性能,与基本的Cortex-M55相比,它可以将机器学习处理能力再提高32倍,与前几代Cortex-M芯片相比,总的处理能力要高480倍。

    ARM表示,当前的Cortex-M平台可以处理诸如关键字或振动检测之类的基本任务。 M55的改进使其可以处理诸如对象识别之类的更高级功能。而且,Cortex-M芯片的全部功能与Ethos-U55结合在一起,可以提供更多功能,并具有本地手势和语音识别的潜力。尽管ARM今天宣布了这些设计并发布了文档,但它预计相关芯片最早要到2021年初才能问世。

Edge AI是芯片技术的最大趋势之一,这些芯片可在边缘设备(即没有云连接的设备)上运行AI处理。苹果最近收购了一家Edge AI公司,谷歌的Coral计划旨在使它变得更容易,而芯片制造商ARM已经在这方面进行了多年的努力。现在,ARM公布了两款芯片设计,它们是ARM Cortex-M55和Ethos-U55,它们一种神经处理单元,旨在与Cortex-M55配对以用于更苛刻的用例。

    目前,ARM 已向主要合作伙伴开放M55和U55的授权,并将在未来几个月内向更广泛的客户群开放,预计最终产品可在厂商二次开发的两年后走向市场。