近日，Arm宣佈了其最新的Cortex-M系列產品，即新的Cortex M55。除了新的CPU微體系結構帶來了一些新的改進之外，我們還看到了新的Ethos-U55 NPU IP的引入，該IP旨在與新的M55內核集成在一起。Arm的新IP旨在在未來幾年內提高數十億低功率嵌入式設備的機器學習和推理能力，並擴展其產品組合以適應新的用例。
Edge AI是芯片技術的最大趨勢之一。也就是說有很多AI的功能，可以在沒有云端服務器連接的情況下本地運行，最直接的就是提高了運行速度與隱私性。恩智浦邊緣處理器高級副總裁Geoff Lees表示，“在新的AI要求以及成本，延遲，可靠性和隱私性等基於雲的處理挑戰的推動下，'Empowered Edge'成為一種新的大趨勢。Arm的新型端點ML技術將幫助NXP眾多的微控制器基礎開發人員可以加速受尺寸和功率限制的設備的邊緣處理。”
先舉幾個例子：
物聯網AI的其中一個應用是已經存在的東西，但是使用Cortex-M55和Ethos-U55可以將其提高到一個新水平。該設備並不是每個人都必須擁有的，但是對於那些需要它的人來說，它可能會改變生活。以下是一些統計數據：在美國，有1000萬人註冊為盲人或部分盲人。在全球範圍內，這一數字接近3億。這裡我想說的設備是連接的手杖。早期版本已經存在，我們發現是以下版本：WeWalk，這些設備使用感應和導航功能來智能地指導人們避開室內和室外的危險。新AI 包括新的人工輔助，語音和手勢引導的機器交互以及預測性故障傳感器系統，將極大的改變生活。
與Arm醫療保健創新團隊談到了我們新的Cortex和Eth操作系統處理器可能會進行重大升級。他們告訴我，如今的連接開發人員面臨的最大挑戰是對超聲定位的依賴。但是超聲波的射程和保真度有限，並且所需的傳感，處理和電源組件往往會使設計膨脹。
新處理器可以使開發人員使用360度攝像頭將超聲換成支持AI的視覺傳感。除了無線通信和導航外，還將由能夠持續一整天的超薄電池供電。 該設備看起來像傳統的設備，但卻是最終的視覺輔助工具。而且，由於AI計算是在本地執行的，因此失去單元連接也沒關係。
接下來我們一起看看，新發布的Cortex-M55與Ethos-U55有哪些新的特性。
新型Cortex-M55是與M33更緊密相關的新一代IP，但是它帶來了一些新的體系結構改進，在機器學習以及矢量指令方面有望實現較大的性能和靈活性改進。
Ethos-U55是專用的“ microNPU”專用推理加速器，可與Cortex-M類CPU結合使用，並提供專用NPU的性能和能效，或者通常由MAC引擎帶到桌面上–類似的M級IP佔用空間小。
Cortex-M55：第一個具有Helium和自定義指令能力的CPU內核
新的Cortex-M55非常重要，因為它是第一個同時具有Helium（原諒我中文名還不知道怎麼叫好）和自定義指令功能的Arm CPU內核。Helium的技術名稱實際上是MVE（用於M-Profile Vector Extension），是M級處理器產品系列中的新矢量擴展和專用矢量執行單元，使其成為該範圍內首款具有SIMD功能的CPU說明。
新增功能使新內核的DSP性能提高了5倍，與ML相比，針對ML工作負載的優化指令與MVE相結合，性能提高了15倍。
在整體微架構方面，它是M33和µarch組合的繼任者，而且頻率的提高將使標量工作負載的性能提高大約20％，具體取決於供應商的配置。該內核的設計重點是帶寬，並啟用了需要帶寬的新MVE和新ML工作負載，因此對內存子系統進行了改進，例如具有到TCM（緊密耦合內存）的4個32位接口。
Ethos-U55：Arm的首款microNPU
Arm在NPU領域相對較晚一點，因為大多數供應商已在產品中採用了自己的第一方IP體系結構，而如今大多數供應商都在使用此類實現。但是，嵌入式市場有所不同，因此需要一種面積和功耗比通常在“更大”的實現中（例如，在Arm的Ethos-N涵蓋的移動SoC中）所用的產品要小得多的產品， NPU IP。這是該公司用於微控制器的新型“ microNPU”神經網絡加速器協處理器中的首個產品。Arm聲稱，結合新發布的Cortex-M55，Ethos-U55可以在公司現有的Cortex-M系列產品上將機器學習性能提高480倍。
新的U55是一種小型NPU，可從32個MAC擴展到256個MAC，並且需要與Cortex-M類NPU耦合。Arm並未涉及微體系結構的主要細節，但它是一種非常精簡的設計，著重於面積和功率效率，並且具有較小的內存佔用量，其中包括我們在N系列產品中看到的一些功能，例如重量減壓。我們說的是U55需要與M級CPU耦合才能用作控制器，但是實際上，這與N系列的功能並沒有太大區別，因為該IP已經包含M級CPU，專門為低功耗用例設計的。
與上一代解決方案相比，使用M55和U55的此類系統的性能改進代表了非常重要的步進功能提升。與基於Cortex-M7的系統相比，Arm提供的數據最多可將性能提升50倍，同時可將能源效率提高25倍。
至於將在何處使用新IP，則有各種各樣的嵌入式系統。在這裡我們要明白，這類系統的主要部分實際上將是當前現有芯片的子系統。如果以移動設備為例，您會看到子系統在電話的指紋傳感器中使用IP，在語音助手功能中始終監聽音頻芯片，甚至在RF系統中使用子系統來優化工作負載，例如天線調諧。當今的移動設備中有數百種M級處理器將從ML功能中受益，其中大多數功能對用戶完全透明。
Arm目前已將M55和U55許可給其主要合作伙伴，並將在未來幾個月內向其他客戶開放更廣泛的許可。與IP一樣，如果供應商曾經公開確認他們是否在其產品中使用了這些設計，預計最早的芯片最早要到2021年初才能問世。
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