ARM發布Cortex M55內核與Ethos U55 microNPU

天極網 發佈 2020-02-12T10:22:04+00:00

ARM近日公布最新Cortex-M系列內核,還引入EthosU55 microNPU等改進。 Cortex-M55是ARM首款具有Helium/定製指令能力的CPU內核,Helium特指M-Profile Vector Extension,屬於M系列CPU中的新矢量擴展和專用矢量

ARM近日公布最新Cortex-M系列內核(最新的Cortex M55),還引入Ethos U55 microNPU等改進。ARM希望通過新的IP,在隨後的幾年時間內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。

機器學習技術過去的幾年應用已變得非常普遍,各個行業和各種系統中都能見到機器推理功能。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。

ARM Cortex-M55是與M33聯繫更加緊密的新一代IP,引入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。

Cortex-M55是ARM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。

整體微架構方面,新IP繼承M33和μarch。在頻率提升的加持下,它將標量工作負載的性能大約提升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,啟用需要帶寬的新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)。

Ethos-U55是一種小型的專用的microNPU推理加速器,可從32路擴展到256 MAC、且需要與Cortex-M 系列NPU耦合。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。儘管ARM進入NPU領域的時間相對較晚,但新推出的Ethos-U55 microNPU,對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。

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,ARM Ethos-U55最小的32 MAC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帶來包含50倍的性能提升以及25倍的能效改進。

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。

邊緣AI的好處是設備本地運行AI,而不是在遠程伺服器上運行AI處理,極大地提高隱私性和速度。像ARM其他晶片一樣,新設計的晶片不會由ARM製造。相反,ARM提供給各種合作夥伴設計製造適合的晶片。ARM打算將這些晶片用於開發新的物聯網設備,從而將AI處理功能帶到更多不具備這些功能的設備上。 ARM想像的一個用例是手杖中的360度攝像頭可以識別障礙物,或者新的火車傳感器可以本地識別問題並避免延誤。

ARM Cortex-M55是ARM Cortex-M處理器系列中的最新型號,該公司表示與以前的Cortex相比,機器學習性能提高了15倍,數位訊號處理性能提高了5倍。對於真正苛刻的邊緣AI任務,可以將Cortex-M55(或更舊的Cortex-M處理器)與Ethos-U55 NPU結合使用,進一步提升性能,與基本的Cortex-M55相比,它可以將機器學習處理能力再提高32倍,與前幾代Cortex-M晶片相比,總的處理能力要高480倍。

ARM表示,當前的Cortex-M平台可以處理諸如關鍵字或振動檢測之類的基本任務。 M55的改進使其可以處理諸如對象識別之類的更高級功能。而且,Cortex-M晶片的全部功能與Ethos-U55結合在一起,可以提供更多功能,並具有本地手勢和語音識別的潛力。儘管ARM今天宣布了這些設計並發布了文檔,但它預計相關晶片最早要到2021年初才能問世。

Edge AI是晶片技術的最大趨勢之一,這些晶片可在邊緣設備(即沒有雲連接的設備)上運行AI處理。蘋果最近收購了一家Edge AI公司,谷歌的Coral計劃旨在使它變得更容易,而晶片製造商ARM已經在這方面進行了多年的努力。現在,ARM公布了兩款晶片設計,它們是ARM Cortex-M55和Ethos-U55,它們一種神經處理單元,旨在與Cortex-M55配對以用於更苛刻的用例。

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。

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