下一代Armv8.1-M架構(gòu)：為最小型嵌入式設(shè)備提供強(qiáng)化的機(jī)器學(xué)習(xí)和 信號處理能力

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

　　業(yè)界正在加速推動創(chuàng)建一個擁有萬億互聯(lián)設(shè)備的世界，而要實(shí)現(xiàn)這一愿景，我們必須找到行之有效的方法來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)邊緣眾多受限設(shè)備的計算能力。通過提升這些設(shè)備的計算能力，開發(fā)人員能夠直接為設(shè)備編寫機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)應(yīng)用程序，并在設(shè)備本地實(shí)現(xiàn)自主決策，從而在提高數(shù)據(jù)安全性的同時，降低網(wǎng)絡(luò)能耗、延遲和帶寬使用量。

　　為達(dá)成這一目標(biāo)，Arm推出Arm Helium技術(shù)，該技術(shù)針對Arm Cortex-M系列處理器設(shè)計，在Arm TrustZone的安全基礎(chǔ)上，通過M-Profile Vector Extension矢量擴(kuò)展加強(qiáng)Armv8.1-M架構(gòu)的計算性能。Helium將為未來的Arm Cortex-M系列處理器提供高達(dá)15倍的機(jī)器學(xué)習(xí)性能提升和高達(dá)5倍的信號處理性能提升，消除因性能挑戰(zhàn)造成的對低成本、高能效設(shè)備的使用限制，從而為我們的合作伙伴帶來全新的市場機(jī)遇。

　　下一級計算性能

　　先進(jìn)的數(shù)字信號處理(DSP)可通過 Arm Neon 技術(shù)擴(kuò)展至更多Cortex-A架構(gòu)組件中。針對功能受限的應(yīng)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(kuò)展方案。這兩種技術(shù)都可用來加速特定應(yīng)用的機(jī)器學(xué)習(xí)計算。

　　針對功能最為受限的嵌入式系統(tǒng)，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(nèi)的DSP處理器，但是這種作法也增加了硬件與軟件設(shè)計的復(fù)雜性。當(dāng)我們希望在這些設(shè)備上集成更多機(jī)器學(xué)習(xí)功能時，現(xiàn)有的SoC開發(fā)挑戰(zhàn)將變得更加突出，因此在運(yùn)用不同的工具鏈、編程、調(diào)試以及使用各種復(fù)雜的專有安全解決方案時，需要開發(fā)人員擁有更高水平的專業(yè)知識。

　　搭載Helium技術(shù)的Armv8.1-M 架構(gòu)能克服上述難題，不僅能夠提供實(shí)時控制程序代碼、機(jī)器學(xué)習(xí)與DSP執(zhí)行能力，而且效率絲毫不減。由此，數(shù)百萬軟件開發(fā)人員將能夠運(yùn)行各種DSP功能，安全無虞地擴(kuò)展各種智能程序到種類更廣泛的設(shè)備，強(qiáng)化對三種關(guān)鍵類別新興應(yīng)用的信號處理支持：震動和運(yùn)動、語音和聲音、以及視覺和圖像。新一代搭載了Helium技術(shù)的Cortex-M架構(gòu)SoC將改進(jìn)未來各種設(shè)備的用戶體驗(yàn)，包括傳感器中樞設(shè)備(sensor hub)、可穿戴設(shè)備、音頻設(shè)備、工業(yè)應(yīng)用等。

　　除提升性能、降低開發(fā)成本之外，SoC設(shè)計和開發(fā)團(tuán)隊還將立即獲得以下優(yōu)勢，包括：

　　? 通過功能整合，優(yōu)化成本、功耗以及設(shè)計投入

　　? 利用 Armv8.1-M的設(shè)計遵循平臺安全架構(gòu)(PSA)規(guī)范的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)簡化的TrustZone部署

　　? 單一工具鏈涵蓋控制與信號處理軟件的開發(fā)

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

　　簡化軟件開發(fā)流程

　　由于Helium擁有統(tǒng)一的工具鏈、庫和模型，軟件開發(fā)將變得更加簡單。 Helium工具鏈包括Arm Development Studio，涵蓋Arm Keil MDK、Arm模型(開發(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，允許開發(fā)人員根據(jù)他們的需求選擇最合適的資源。對于信號處理應(yīng)用，我們通過消除對專用DSP或功能加速器的需求以及免去了一層設(shè)計復(fù)雜性，使之更加簡化。

　　驅(qū)動下一代嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

　　Helium將Arm Project Trillium計劃的價值帶到各種機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)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發(fā)適合的方案，因此沒有單一的產(chǎn)品能滿足所有應(yīng)用的需求。

　　我們現(xiàn)已推出Helium專屬的工具鏈與模型，預(yù)計在未來2年各伙伴廠商將陸續(xù)推出采用Helium技術(shù)的芯片。欲了解Armv8.1-M架構(gòu)的各項(xiàng)強(qiáng)化功能，請參考技術(shù)白皮書。欲了解如何利用支持Helium的Arm工具展開設(shè)計，請瀏覽此網(wǎng)頁。