ARM發(fā)布人工智能芯片技術(shù) 可用于物聯(lián)網(wǎng)小型設(shè)備
2020-03-23
據(jù)國外媒體報道，當(dāng)?shù)貢r間周一軟銀集團(tuán)旗下芯片設(shè)計公司ARM發(fā)布了一項芯片技術(shù)，旨在將人工智能功能植入諸如用于檢測人類語音或其他數(shù)據(jù)流的傳感器等微型設(shè)備。
ARM此次發(fā)布的芯片技術(shù)分別是面向嵌入式市場的Cortex-M系列的新成員Cortex-M55，和配套的微AI加速處理單元架構(gòu)Ethos-U55。采用該技術(shù)的芯片將于2021年上市，其目標(biāo)是實現(xiàn)人工智能軟件所需特殊類型的數(shù)學(xué)運(yùn)算。這種人工智能軟件可以檢測振動或從用戶話語中識別出關(guān)鍵字。
過去幾年，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用已變得相當(dāng)普及，可見其在各個的行業(yè)和各種系統(tǒng)中。ARM 認(rèn)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(zhǔn)備。
首先介紹下 Cortex-M55，它是與 M33 聯(lián)系更加緊密的新一代 IP，引入了體系架構(gòu)上的新改進(jìn)，能夠在機(jī)器學(xué)習(xí)和矢量指令方面實現(xiàn)較大的性能和靈活性改進(jìn)。
Ethos-U55 是專用的 microNPU 推理加速器，可與 Cortex-M 系列 CPU 結(jié)合使用，帶來專門面向于 NPU 的性能與能效提升。
與 Cortex-M 系列內(nèi)核一樣，Ethos-U55 的空間占用也比較少。至于 Cortex-M55，則是具有 Helium / 定制指令能力的 CPU 內(nèi)核。
Helium 特指 M-Profile Vector Extension（簡稱 MVE），屬于 M 系列 CPU 中的新矢量擴(kuò)展和專用矢量執(zhí)行單元，使之成為該范圍內(nèi)具有單指令多數(shù)據(jù)流（SIMD）功能的產(chǎn)品。
新增功能使得新內(nèi)核的 DSP 性能提升了 5 倍，結(jié)合針對機(jī)器學(xué)習(xí)工作負(fù)載的優(yōu)化指令和 MVE，整體表現(xiàn)可提高至 15 倍。
整體微架構(gòu)方面，新 IP 算是繼承了 M33 和 μarch 。在頻率提升的加持下，它將標(biāo)量工作負(fù)載的性能提升了大約 20％，具體取決于供應(yīng)商的配置。
新內(nèi)核的設(shè)計重點，同樣體現(xiàn)在帶寬上。其啟用了需要帶寬的新 MVE 和機(jī)器學(xué)習(xí)工作負(fù)載，因此對內(nèi)存子系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，比如 4×32-bit 接口與緊密耦合內(nèi)存（TCM）。
盡管 ARM 進(jìn)入 NPU 領(lǐng)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(dú)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(kuò)展到 256 MAC、且需要與 Cortex-M 系列 NPU 耦合。
ARM 未提及微體系架構(gòu)的主要細(xì)節(jié)，但可知它是一種非常精簡的設(shè)計，注重的是面積和能源效率、具有較小的內(nèi)存占用量，其中包含我們在 N 系列產(chǎn)品中見到的一些特性，如 Weight Decompression 。
即便如此，它與 N 系列在功能上并沒有太大區(qū)別，因為該 IP 已包含 M 系列 CPU 。據(jù)說其架構(gòu)與 NPU 有所不同（與更大的兄弟無關(guān)），且是專門為低功耗用例而設(shè)計。
就面積大小而言，U55 最小的 32 MAC 實現(xiàn)，約為 M55 的 2 倍。這里沒有數(shù)字提供，實際上討論的是平方毫米的分?jǐn)?shù)。
與上一代解決方案相比，使用 M55 和 U55 的此類系統(tǒng)，其性能改進(jìn)意味著相當(dāng)重要的步進(jìn)功能提升。與基于 Cortex-M7 的系統(tǒng)相比，ARM 帶來了包含 50 倍的性能提升、以及 25X 的能效改進(jìn)。
至于新 IP 的可用領(lǐng)域，ARM 展望了各式各樣的嵌入式系統(tǒng)（主要是現(xiàn)有的芯片子系統(tǒng)）。比如在移動設(shè)備上，廠商可在手機(jī)的指紋傳感器、語音助理（實時監(jiān)聽指令）、甚至在 RF 系統(tǒng)中（如天線調(diào)諧）使用它來優(yōu)化工作負(fù)載。
當(dāng)今的移動設(shè)備中，有數(shù)百種 M 系列 CPU 可從機(jī)器學(xué)習(xí)功能中獲益，且其中大多數(shù)功能對用戶來說是完全透明的。
目前 ARM 已向主要合作伙伴開放 M55 和 U55 的授權(quán)，并將在未來幾個月內(nèi)向更廣的客戶群開放，預(yù)計最終產(chǎn)品可在廠商二次開發(fā)的兩年后走向市場。
ARM所發(fā)布的芯片技術(shù)功耗非常之低，這使得諸如傳感器之類的相應(yīng)設(shè)備只需要一小塊電池即可工作數(shù)年時間，并且只有在需要時才會連接到互聯(lián)網(wǎng)。ARM高管表示，減少網(wǎng)絡(luò)連接有助于保護(hù)隱私，公司芯片技術(shù)采用的方法是在本地處理數(shù)據(jù)，只將必要的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。
ARM汽車和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)副總裁兼總經(jīng)理凡卡妮（Dipti Vachani）表示，醫(yī)療保健等許多領(lǐng)域更多是在本地處理數(shù)據(jù)，很少或根本不需要將結(jié)果發(fā)送回遠(yuǎn)程服務(wù)器。
“你可能不希望這些數(shù)據(jù)四處移動，”凡卡妮說。她還表示，新技術(shù)“將為你提供低功耗芯片，在你想要保存數(shù)據(jù)的最適合地方處理數(shù)據(jù)。”
Arm主要向高通等移動芯片供應(yīng)商和蘋果等移動終端制造商提供芯片架構(gòu)技術(shù)。近年來，該公司一直在尋求客戶群的多樣化，并開始將部分業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到自動駕駛汽車等市場。Arm的業(yè)務(wù)也延伸到物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，涉及交通或網(wǎng)絡(luò)變壓器及自動化設(shè)備農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)。
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摘自集賢網(wǎng)
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