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Arm新一代Armv8.1-M 架构:提供最小型嵌入式装置强化的机器学习与讯号处理功能

全球IP矽智财授权领导厂商Arm宣布推出Armv8.1-M架构与M-Profile Vector Extension (MVE)向量扩充方案的Arm Helium技术,简化开发者软体开发流程,并显著提升未来基于Cortex-M处理器装置的机器学习与讯号处理效能。

迈向一兆台连网装置世界的脚步持续加快,但在此之前,我们必须找到让数量可观但功能受限的装置,能有效扩充运算能力,并在距离网路最远的终端处运作。一旦提高这些装置的运算能力,将立即为开发者开启庞大的机会,能直接针对这些装置撰写机器学习(ML)程式,且在本机端就能自主制定决策。这不仅提高资料安全性,还能降低连网的耗电、延迟、以及频宽使用量。

为此Arm推出Arm Helium技术,藉由针对Arm Cortex-M系列处理器打造的M-Profile Vector Extension (MVE)向量扩充方案,让在Arm TrustZone安全基础上运行的Armv8.1-M架构能够提高运算效能。Helium技术将为未来Arm Cortex-M处理器提供达15倍的机器学习效能以及提升5倍的讯号处理效能,让我们伙伴厂商得以发掘众多新市场商机,这些市场以往因效能方面的阻碍,使得低成本节能型元件的用途受到极大限制。

更上一层楼的运算

先进的数位讯号处理(DSP)现已透过Arm Neon技术扩展至更多Cortex-A架构元件。针对功能受限的应用,Arm亦在旗下较高效能的Cortex-M处理器(包括Cortex-M4、Cortex-M7、Cortex-M33以及Cortex-M35P)加入DSP扩充方案。两种技术都可用来加速特定应用的机器学习运算。

针对功能受到最多限制的嵌入式系统,能源效率是最优先考量的因素,其采用的解决方案以往都是用一颗Cortex处理器搭配SoC晶片内的DSP处理器,然而这种作法也增加硬体与软体设计的复杂度。由于我们希望在这些装置上纳入更多机器学习功能,使得现有的SoC开发难题变得更加艰巨,因而需要更高深的专业技术才能运用不同的工具链、撰写程式、除错、以及运作于各种复杂的专利式安全解决方案。

Armv8.1-M与Helium的组合能克服上述这些难题,不仅带来即时控制程式码、机器学习与DSP执行能力,而且效率丝毫不减。这让数百万软体开发者得以运行各种DSP功能,安全无虞地扩展各种智慧程式到种类更广泛的装置,强化对三种关键类别新兴应用的支援:震动与动态、语音与声音、以及视觉与影像处理。这些新一代基于搭载Helium技术的Cortex-M架构SoC将改进未来各种装置的使用者经验,包括感测器中枢设备(sensor hub)、穿戴装置、音效装置、工业应用等。

除了提升效能与降低开发成本外,SoC设计与开发团队将能立即体会到其他利益,包括:
•最佳化的成本、功耗、以及开发设计工作量,全拜功能整合之赐
•简化的TrustZone部署,Armv8.1-M的设计遵循平台安全架构(PSA)的规范
•单一工具链涵盖软体开发的控制与讯号处理层面
• 简化的软体开发归功于发展成熟Helium生态系统提供阵容完备的工具、模型、函式库,其中许多资源已被Cortex-M开发者广为采用

简化软体开发流程

此外,Helium统一的工具链、函式库、以及模型等资源将让软体开发流程更为简化。Helium工具链包含Arm Development Studio,附有Arm Keil MDK套件、Arm Models 模型(开发者能立即用在程式码建模)、以及各种软体函式库,包括CMSIS-DSP 以及CMSIS-NN在内,让开发者能依据自己需求挑选适合方案。另外在讯号处理应用方面,我们让流程更为简化,除了省去对专属DSP或功能加速器的需求,还消除另外一层设计复杂度。

驱动新一代嵌入式与物联网装置

Helium将Arm Project Trillium计画的价值带到各种机器学习应用,让框架与函式库的支援能力向下延伸到硬体层面。由于SoC开发者必须在不同效能、面积、功耗、以及成本等方面的限制下开发适合的方案,因此没有单一产品能满足所有应用的需求。

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