下一代Armv8.1-M架構：為最小型嵌入式設備提供強化的機器學(xué)習和 信號處理能力

　　Arm宣布針對其下一代Armv8.1-M架構推出基于M-Profile Vector Extension (MVE)矢量擴充方案的Arm Helium技術(shù)。這一全新技術(shù)能夠幫助開(kāi)發(fā)者簡(jiǎn)化軟件開(kāi)發(fā)流程，并顯著(zhù)提升未來(lái)Cortex-M系列處理器的機器學(xué)習能力與信號處理性能。

　　業(yè)界正在加速推動(dòng)創(chuàng )建一個(gè)擁有萬(wàn)億互聯(lián)設備的世界，而要實(shí)現這一愿景，我們必須找到行之有效的方法來(lái)擴展網(wǎng)絡(luò )邊緣眾多受限設備的計算能力。通過(guò)提升這些設備的計算能力，開(kāi)發(fā)人員能夠直接為設備編寫(xiě)機器學(xué)習(ML)應用程序，并在設備本地實(shí)現自主決策，從而在提高數據安全性的同時(shí)，降低網(wǎng)絡(luò )能耗、延遲和帶寬使用量。

　　為達成這一目標，Arm推出Arm Helium技術(shù)，該技術(shù)針對Arm Cortex-M系列處理器設計，在A(yíng)rm TrustZone的安全基礎上，通過(guò)M-Profile Vector Extension矢量擴展加強Armv8.1-M架構的計算性能。Helium將為未來(lái)的Arm Cortex-M系列處理器提供高達15倍的機器學(xué)習性能提升和高達5倍的信號處理性能提升，消除因性能挑戰造成的對低成本、高能效設備的使用限制，從而為我們的合作伙伴帶來(lái)全新的市場(chǎng)機遇。

　　下一級計算性能

　　先進(jìn)的數字信號處理(DSP)可通過(guò) Arm Neon 技術(shù)擴展至更多Cortex-A架構組件中。針對功能受限的應用，Arm還在其較高性能的Cortex-M處理器系列(包括Cortex-M4、Cortex-M7、Cortex-M33以及Cortex-M35P)中加入DSP擴展方案。這兩種技術(shù)都可用來(lái)加速特定應用的機器學(xué)習計算。

　　針對功能最為受限的嵌入式系統，功耗效率是優(yōu)先考慮的因素，以往的解決方案將Cortex處理器搭配SoC芯片內的DSP處理器，但是這種作法也增加了硬件與軟件設計的復雜性。當我們希望在這些設備上集成更多機器學(xué)習功能時(shí)，現有的SoC開(kāi)發(fā)挑戰將變得更加突出，因此在運用不同的工具鏈、編程、調試以及使用各種復雜的專(zhuān)有安全解決方案時(shí)，需要開(kāi)發(fā)人員擁有更高水平的專(zhuān)業(yè)知識。

　　搭載Helium技術(shù)的Armv8.1-M 架構能克服上述難題，不僅能夠提供實(shí)時(shí)控制程序代碼、機器學(xué)習與DSP執行能力，而且效率絲毫不減。由此，數百萬(wàn)軟件開(kāi)發(fā)人員將能夠運行各種DSP功能，安全無(wú)虞地擴展各種智能程序到種類(lèi)更廣泛的設備，強化對三種關(guān)鍵類(lèi)別新興應用的信號處理支持：震動(dòng)和運動(dòng)、語(yǔ)音和聲音、以及視覺(jué)和圖像。新一代搭載了Helium技術(shù)的Cortex-M架構SoC將改進(jìn)未來(lái)各種設備的用戶(hù)體驗，包括傳感器中樞設備(sensor hub)、可穿戴設備、音頻設備、工業(yè)應用等。

　　除提升性能、降低開(kāi)發(fā)成本之外，SoC設計和開(kāi)發(fā)團隊還將立即獲得以下優(yōu)勢，包括：

　　? 通過(guò)功能整合，優(yōu)化成本、功耗以及設計投入

　　? 利用 Armv8.1-M的設計遵循平臺安全架構(PSA)規范的特點(diǎn)，實(shí)現簡(jiǎn)化的TrustZone部署

　　? 單一工具鏈涵蓋控制與信號處理軟件的開(kāi)發(fā)

　　? 簡(jiǎn)化的軟件開(kāi)發(fā)，得益于成熟的 Helium生態(tài)系統所提供的完善的工具、模型和庫，其中許多資源已被Cortex-M開(kāi)發(fā)者廣為使用

　　簡(jiǎn)化軟件開(kāi)發(fā)流程

　　由于Helium擁有統一的工具鏈、庫和模型，軟件開(kāi)發(fā)將變得更加簡(jiǎn)單。 Helium工具鏈包括Arm Development Studio，涵蓋Arm Keil MDK、Arm模型(開(kāi)發(fā)人員可立即使用，用于代碼建模)和各種軟件庫，包括CMSIS-DSP和CMSIS-NN，允許開(kāi)發(fā)人員根據他們的需求選擇最合適的資源。對于信號處理應用，我們通過(guò)消除對專(zhuān)用DSP或功能加速器的需求以及免去了一層設計復雜性，使之更加簡(jiǎn)化。

　　驅動(dòng)下一代嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)設備

　　Helium將Arm Project Trillium計劃的價(jià)值帶到各種機器學(xué)習應用中，讓框架與庫的支持能力向下延伸到硬件層面。由于SoC開(kāi)發(fā)者必須在不同的性能、芯片面積、功耗以及成本等限制下開(kāi)發(fā)適合的方案，因此沒(méi)有單一的產(chǎn)品能滿(mǎn)足所有應用的需求。

　　我們現已推出Helium專(zhuān)屬的工具鏈與模型，預計在未來(lái)2年各伙伴廠(chǎng)商將陸續推出采用Helium技術(shù)的芯片。欲了解Armv8.1-M架構的各項強化功能，請參考技術(shù)白皮書(shū)。欲了解如何利用支持Helium的Arm工具展開(kāi)設計，請瀏覽此網(wǎng)頁(yè)。