瑞薩電子RA8搭載強(qiáng)大的Arm CM85核為邊緣AI應(yīng)用提供支持（下）

集成Helium的RA8 MCU支持什么？

Helium性能提升是通過(guò)處理寬128位矢量寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這些寄存器可以通過(guò)一條指令保存多個(gè)數(shù)據(jù)元素 （SIMD）。在流水線執(zhí)行階段，可能會(huì)有多個(gè)指令重疊。Cortex-M85是一個(gè)雙節(jié)拍CPU內(nèi)核，可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)處理兩個(gè)32位數(shù)據(jù)字，如圖1所示。乘法累加操作需要從內(nèi)存加載到向量寄存器，然后進(jìn)行乘法累加，這可能會(huì)在從內(nèi)存加載下一個(gè)數(shù)據(jù)的同時(shí)發(fā)生。加載和乘法的重疊使CPU的性能是同等標(biāo)量處理器的兩倍，而不會(huì)造成面積和功耗上的損失。

圖1 CM85是一個(gè)雙拍CPU

這意味著每個(gè)時(shí)鐘周期可以處理兩個(gè)32位字

Helium引入了150條新的標(biāo)量和矢量指令，用于加速信號(hào)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)，包括：

低開(kāi)銷分支擴(kuò)展（LOBE），用于優(yōu)化分支和環(huán)路操作

允許有條件地執(zhí)行向量中每個(gè)通道的通道預(yù)測(cè)

用于讀取和寫入非連續(xù)內(nèi)存位置的矢量收集-加載和分散存儲(chǔ)指令，在實(shí)現(xiàn)循環(huán)緩沖區(qū)時(shí)很有用

DSP算法中使用的復(fù)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算，例如加法、乘法、旋轉(zhuǎn)

DSP功能，例如用于FIR濾波器的循環(huán)緩沖器、用于FFT實(shí)現(xiàn)的位反轉(zhuǎn)尋址、圖像和視頻處理中的格式轉(zhuǎn)換

支持有限域算術(shù)、加密算法和糾錯(cuò)的多項(xiàng)式數(shù)學(xué)

支持音頻/圖像處理中使用的8、16和32位定點(diǎn)整數(shù)數(shù)據(jù)，以及用于信號(hào)處理的ML和半精度、單精度和雙精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)

這些特性使支持Helium的MCU特別適合AI/ML和DSP類型的任務(wù)，而無(wú)需在系統(tǒng)中使用額外的DSP或硬件AI加速器，從而降低成本和功耗。

采用RA8M1 MCU的語(yǔ)音AI應(yīng)用

瑞薩在一些AI/ML用例中成功展示了Helium的這種性能提升，與Cortex-M7 MCU相比，性能顯著提升——在某些情況下超過(guò)3.6倍。其中一個(gè)應(yīng)用是在RA8M1上運(yùn)行的語(yǔ)音命令識(shí)別用例，它實(shí)現(xiàn)了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN），該網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)數(shù)千種不同的聲音進(jìn)行訓(xùn)練，并支持40多種語(yǔ)言。此語(yǔ)音應(yīng)用程序?qū)?jiǎn)單的關(guān)鍵字識(shí)別進(jìn)行了增強(qiáng)，并支持自然語(yǔ)言理解（NLU）的修改形式，該形式不僅依賴于命令單詞或短語(yǔ)，而是尋找意圖。這樣就可以使用更自然的語(yǔ)言，而不必記住確切的關(guān)鍵詞或短語(yǔ)。

語(yǔ)音實(shí)現(xiàn)利用了帶有Helium的Cortex-M85內(nèi)核上提供的SIMD指令。RA8M1具有大容量?jī)?nèi)存、支持音頻采集，最重要的是，Cortex-M85內(nèi)核和Helium實(shí)現(xiàn)了高性能和ML加速，因此非常適合此類語(yǔ)音AI解決方案。即使該解決方案在有和沒(méi)有Helium的情況下初步實(shí)現(xiàn)也表明，與基于 Cortex-M7的MCU相比，提高了2倍以上的推理性能，如圖2所示。

圖2 RA8M1 MCU上的語(yǔ)音AI應(yīng)用展示了CM85在有和沒(méi)有 Helium的情況下比CM7的性能改進(jìn)

很明顯，采用Helium的RA8 MCU無(wú)需任何額外的硬件加速即可顯著提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能，從而為實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單的AI和機(jī)器學(xué)習(xí)用例提供了低成本、低功耗的選擇。

RA8系列產(chǎn)品介紹

RA8系列目前已有3款產(chǎn)品量產(chǎn)，包含RA8M1、RA8D1 及RA8T1。

RA8M1

此產(chǎn)品是RA8系列主流通用型MCU，適用于工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、智能家居、消費(fèi)品、樓宇/家居自動(dòng)化和醫(yī)療/保健細(xì)分市場(chǎng)中的各種高性能和計(jì)算密集型應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)由靈活軟件包（FSP）和一整套軟硬件開(kāi)發(fā)工具提供全面支持。

RA8D1

此產(chǎn)品針對(duì)HMI應(yīng)用，集成了高性能CM85內(nèi)核和大內(nèi)存，以及豐富的外設(shè)集，包括帶并行RGB和MIPI-DSI接口的高分辨率TFT-LCD控制器、2D繪圖引擎、16位攝像頭接口和多個(gè)外部?jī)?nèi)存接口，經(jīng)過(guò)優(yōu)化可滿足各種圖形和視覺(jué)AI應(yīng)用的需求。同時(shí)由靈活軟件包（FSP）和一整套軟硬件開(kāi)發(fā)工具提供全面支持。

RA8T1

此產(chǎn)品針對(duì)電機(jī)應(yīng)用，不僅集成了高達(dá)2MB的大容量閃存、1MB SRAM（包括TCM）、PWM定時(shí)器、模擬功能、多種連接功能，還支持高級(jí)安全特性和安全功能。RA8T1產(chǎn)品組通過(guò)其高性能和豐富的集成功能，在用戶系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)高級(jí)電機(jī)控制或附加功能。RA8T1產(chǎn)品組支持靈活配置軟件包（FSP）和合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)，以及電機(jī)控制評(píng)估套件、軟件和工具。

審核編輯：劉清