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（題圖 via AnandTech）

過(guò)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(jiàn)其在廣泛的行業(yè)和各種系統(tǒng)中。ARM 認(rèn)為終端 AI 市場(chǎng)會(huì)在未來(lái)幾年中迎來(lái)爆炸性增長(zhǎng)，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(shí)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(lái)專門(mén)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，則是首款具有 Helium / 定制指令能力的 CPU 內(nèi)核。

Helium 特指 M-Profile Vector Extension（簡(jiǎn)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)首款具有單指令多數(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(duì)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(jì)重點(diǎn)，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(duì)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(shí)間相對(duì)較晚，但新推出的 Ethos-U55 microNPU，還是較嵌入式市場(chǎng)有著獨(dú)特的意義。與移動(dòng) 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(jiǎn)的設(shè)計(jì)，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?cè)?N 系列產(chǎn)品中見(jiàn)到的一些特性，如 Weight Decompression 。

即便如此，它與 N 系列在功能上并沒(méi)有太大區(qū)別，因?yàn)樵?IP 已包含 M 系列 CPU 。據(jù)說(shuō)其架構(gòu)與 NPU 有所不同（與更大的兄弟無(wú)關(guān)），且是專門(mén)為低功耗用例而設(shè)計(jì)。

就面積大小而言，U55 最小的 32 MAC 實(shí)現(xiàn)，約為 M55 的 2 倍。這里沒(méi)有絕對(duì)的數(shù)字提供，實(shí)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(lèi)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(lái)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(dòng)設(shè)備上，廠商可在手機(jī)的指紋傳感器、語(yǔ)音助理（實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)指令）、甚至在 RF 系統(tǒng)中（如天線調(diào)諧）使用它來(lái)優(yōu)化工作負(fù)載。

當(dāng)今的移動(dòng)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(duì)用戶來(lái)說(shuō)是完全透明的。

目前 ARM 已向主要合作伙伴開(kāi)放 M55 和 U55 的授權(quán)，并將在未來(lái)幾個(gè)月內(nèi)向更廣泛的客戶群開(kāi)放，預(yù)計(jì)最終產(chǎn)品可在廠商二次開(kāi)發(fā)的兩年后走向市場(chǎng)。
 

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