近日，ARM 不僅宣布了最新的 Cortex-M 系列內核（最新的 Cortex M55），還引入了Ethos U55 microNPU 等改進。ARM 希望通過新的 IP，於將來幾年內為數十億低功耗嵌入式設備提升機器學習和推理能力，擴展自家產品組合，以滿足新的用例需求。
（題圖 via AnandTech）
過去幾年，機器學習技術的應用已變得相當普及，可見其在廣泛的行業和各種系統中。ARM 認為終端 AI 市場會在未來幾年中迎來爆炸性增長，新 IP 就是為此做準備。
首先介紹下 Cortex-M55，它是與 M33 聯繫更加緊密的新一代 IP，引入了體系架構上的新改進，能夠在機器學習和矢量指令方面實現較大的性能和靈活性改進。
Ethos-U55 是專用的 microNPU 推理加速器，可與 Cortex-M 系列 CPU 結合使用，帶來專門面向於 NPU 的性能與能效提升。
與 Cortex-M 系列內核一樣，Ethos-U55 的空間占用也比較少。至於 Cortex-M55，則是首款具有 Helium / 定製指令能力的 CPU 內核。
Helium 特指 M-Profile Vector Extension（簡稱 MVE），屬於 M 系列 CPU 中的新矢量擴展和專用矢量執行單元，使之成為該範圍內首款具有單指令多數據流（SIMD）功能的產品。
新增功能使得新內核的 DSP 性能提升了 5 倍，結合針對機器學習工作負載的優化指令和 MVE，整體表現可提高至 15 倍。
整體微架構方面，新 IP 算是繼承了 M33 和 µarch 。在頻率提升的加持下，它將標量工作負載的性能提升了大約 20％，具體取決於供應商的配置。
新內核的設計重點，同樣體現在帶寬上。其啟用了需要帶寬的新 MVE 和機器學習工作負載，因此對內存子系統進行了改進，比如 4×32-bit 接口與緊密耦合內存（TCM）。
儘管 ARM 進入 NPU 領域的時間相對較晚，但新推出的 Ethos-U55 microNPU，還是較嵌入式市場有著獨特的意義。與移動 SoC 上更大的 Ethos-N 系列相比，它的面積和功耗要低得多。
Ethos-U55 是一種小型 NPU，可從 32 路擴展到 256 MAC、且需要與 Cortex-M 系列 NPU 耦合。
ARM 未提及微體系架構的主要細節，但可知它是一種非常精簡的設計，注重的是面積和能源效率、具有較小的內存占用量，其中包含我們在 N 系列產品中見到的一些特性，如 Weight Decompression 。
即便如此，它與 N 系列在功能上並沒有太大區別，因為該 IP 已包含 M 系列 CPU 。據說其架構與 NPU 有所不同（與更大的兄弟無關），且是專門為低功耗用例而設計。
就面積大小而言，U55 最小的 32 MAC 實現，約為 M55 的 2 倍。這裡沒有絕對的數字提供，實際上討論的是平方毫米的分數。
與上一代解決方案相比，使用 M55 和 U55 的此類系統，其性能改進意味著相當重要的步進功能提升。與基於 Cortex-M7 的系統相比，ARM 帶來了包含 50 倍的性能提升、以及 25X 的能效改進。
至於新 IP 的可用領域，ARM 展望了各式各樣的嵌入式系統（主要是現有的晶片子系統）。比如在移動設備上，廠商可在手機的指紋傳感器、語音助理（實時監聽指令）、甚至在 RF 系統中（如天線調諧）使用它來優化工作負載。
當今的移動設備中，有數百種 M 系列 CPU 可從機器學習功能中獲益，且其中大多數功能對用戶來說是完全透明的。
目前 ARM 已向主要合作夥伴開放 M55 和 U55 的授權，並將在未來幾個月內向更廣泛的客戶群開放，預計最終產品可在廠商二次開發的兩年後走向市場。