NXP專為邊緣AI打造的i.MX RT700跨界MCU到底強在哪？

i.MX RT700系列提供了高性能、高集成度、先進功能和高能效的優(yōu)化組合，為支持智能AI的邊緣端設(shè)備賦能，例如可穿戴設(shè)備、消費電子醫(yī)療設(shè)備、智能家居設(shè)備和HMI設(shè)備。

在i.MX RT500和i.MX RT600跨界MCU的成功基礎(chǔ)上，恩智浦宣布推出i.MX RT700，超低功耗、集成多核和eIQ Neutron神經(jīng)處理單元 (NPU)。

新一代i.MX RT700系列組合了前兩個系列的優(yōu)勢，進一步降低了功耗，同時通過增加內(nèi)核和其他架構(gòu)增強功能提高了性能：

集成了恩智浦eIQ Neutron NPU AI/ML加速器

高達7.5MB的低功耗內(nèi)部SRAM陣列，具有30個分區(qū)，可實現(xiàn)卓越的多核訪問

新的圖形加速器包括硬件JPEG和PNG解碼，以及矢量圖形引擎和MIPI-DSI接口?

與前幾代產(chǎn)品相比，功耗降低了70%

1.2V低功耗eUSB標(biāo)準(zhǔn)支持，允許與標(biāo)準(zhǔn)USB2.0設(shè)備進行交互

i.MX RT700概覽

i.MX RT700針對需要高性能感知、DSP和計算能力的深度嵌入式應(yīng)用，同時保持低功耗特性以延長電池壽命。

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帶有eIQ Neutron NPU的多核架構(gòu)

全新的i.MX RT700 CPU架構(gòu)由高性能主計算子系統(tǒng)、以及“always-on”感知計算子系統(tǒng)和專用協(xié)處理器組成。

i.MX RT700結(jié)構(gòu)框圖

主計算子系統(tǒng)使用運行頻率為325MHz的Arm Cortex-M33 (CM33) 核。與i.MX RT600跨界MCU一樣，i.MX RT700包括Cadence Tensilica HiFi 4 DSP。HiFi 4是基于超長指令字 (VLIW) 架構(gòu)的高性能DSP內(nèi)核，每個指令周期最多可處理8個32x16 MAC。它可用于分流對性能需求較高的信號處理任務(wù)，如音頻和圖像處理，并支持定點和浮點運算。

CM33用作通用執(zhí)行平臺，在系統(tǒng)啟動時便可使用。它處理HiFi 4 DSP以及其他協(xié)處理器和外部存儲器接口的初始啟動。低功耗感知計算子系統(tǒng)由另一個250MHz的CM33核和低功耗Cadence Tensilica HiFi 1 DSP組成。它主要用于需要始終在線的應(yīng)用，能夠訪問為超低功耗運行而調(diào)整的選定數(shù)量的通用外設(shè)。應(yīng)用包括PDM麥克風(fēng)接口的喚醒詞檢測、實時傳感器集線器和BLE音頻處理。

為了支持人工智能和機器學(xué)習(xí)模型加速，i.MX RT700集成了eIQ Neutron NPU。eIQ Neutron是一種可擴展的硬件加速器架構(gòu)，恩智浦專為人工智能和機器學(xué)習(xí)應(yīng)用構(gòu)建的多款產(chǎn)品均采用了該架構(gòu)。

eIQ Neutron NPU加速倍增器

i.MX RT700采用eIQ Neutron N3-64 NPU，其性能介于MCX N947 MCU中的N1-16和高端i.MX 95應(yīng)用處理器中的N3-1024之間。該NPU已針對深度嵌入式、低功耗應(yīng)用進行了調(diào)優(yōu)，與通用處理器相比，可以實現(xiàn)172倍的性能提升，同時每次推理的功耗只有其119分之一。

eIQ機器學(xué)習(xí)軟件開發(fā)環(huán)境可為使用恩智浦eIQ Neutron神經(jīng)處理單元開發(fā)AL/ML應(yīng)用提供支持。該工具集為開發(fā)人員提供了一個工作流程，幫助他們將TensorFlow Lite等常見機器學(xué)習(xí)框架的代碼轉(zhuǎn)換為可以在NPU上加速的同等計算圖。

i.MX RT700中另一個有趣的處理資源是基于開放式RISC-V指令集架構(gòu) (ISA) 的全新EZH-V IO協(xié)處理器。

EZH-V中的RISC-V ISA已實現(xiàn)了擴展：

添加硬件乘法和除法功能

添加浮點功能

添加位操作功能

提高了代碼密度

EZH-V可以執(zhí)行用于后處理圖形數(shù)據(jù)的“SmartDMA”任務(wù)，并作為GPU、CPU和FlexIO與MIPI DSI等硬件接口之間的高速數(shù)據(jù)操作橋。它還可以用于任何其他通用IO任務(wù)，并連接到GPIO和大多數(shù)片上外設(shè)的多種觸發(fā)輸入。EZH-V的代碼使用基于RISC-V LLVM的工具鏈開發(fā)，該工具鏈將在MCUXpresso SDK中提供。

面向處理、圖形和存儲的復(fù)雜內(nèi)存架構(gòu)

i.MX RT700中的內(nèi)存架構(gòu)針對不同內(nèi)部處理資源之間靈活、低爭用的互連進行了優(yōu)化。一個7.5MB的大型SRAM陣列分為30個分區(qū)，每個分區(qū)都可由總線控制器訪問，以減少CM33核、HiFi DSP、DMA控制器和EZH-V之間的爭用。大型內(nèi)部存儲器可以快速訪問大型圖形幀緩沖區(qū)，并能夠連接到內(nèi)置的硬件JPEG和PNG解碼器。

30個獨立的SRAM分區(qū)都可以單獨用于代碼或數(shù)據(jù)存儲，專用于CPU，或在各個內(nèi)核之間共享。每個分區(qū)都可以獨立地置于低功耗保留模式或完全斷電狀態(tài)。

有兩個XCACHE模塊用作專用系統(tǒng)和代碼緩存，可由計算子系統(tǒng)主用CM33核、HiFi 4、EZH-V和兩個eDMA外設(shè)實例訪問。這些緩存可以顯著提高訪問外部存儲器時的性能。HiFi 4有自己的本地緊耦合存儲器 (TCM) 以及本地指令/數(shù)據(jù)緩存，用于放置性能關(guān)鍵的DSP。

外部存儲器支持

與之前的i.MX RT500和i.MX RT600器件一樣，i.MX RT700采用了不帶閃存的架構(gòu)。已包含3個xSPI外部存儲控制器，用于與四線和八線閃存連接。其中兩個xSPI實例支持與外部PSRAM連接的16位接口，用于添加非易失性存儲器。

xSPI接口支持高達400MHz DDR和200MHz SDR傳輸。這樣可以為大型ML模型、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和圖形資產(chǎn)添加大塊快速外部RAM。通過xSPI控制器連接的外部存儲器可以通過系統(tǒng)內(nèi)存映射進行訪問。代碼可以從外部連接的閃存就地執(zhí)行(XIP)。xSPI接口被緩存，以確保最高性能。

xSPI控制器內(nèi)置了一個靈活的基于查找表 (LUT) 的命令引擎，適用于幾乎任何NOR閃存。i.MX RT700 Boot ROM可以使用連接到xSPI接口的閃存來啟動系統(tǒng)。有幾個選項可供選擇，包括將啟動代碼復(fù)制到內(nèi)部SRAM或直接就地執(zhí)行 (XIP)。加密代碼可以在從外部閃存訪問時即時解密。

大容量存儲器可以通過SHDC/eMMC控制器連接。i.MX RT700的Boot ROM還支持從eMMC/SD卡啟動系統(tǒng)。這使得SD/eMMC存儲器既能啟動i.MX RT700，又可用于存儲配置和圖形資產(chǎn)的典型文件系統(tǒng)。

面向空間受限產(chǎn)品的封裝

i.MX RT700將提供324引腳7.3 x 7.3mm、0.4mm間距的扇出晶圓級 (FOWLP) 和256引腳6.025 x 6.025mm、0.35mm間距的晶圓級芯片級 (WLCSP) 兩種封裝。這些封裝使設(shè)計人員能夠?qū).MX RT700嵌入到空間受限的區(qū)域。

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i.MX RT700適用于可穿戴設(shè)備和個人健身應(yīng)用

高性能、超低功耗和密集封裝技術(shù)能夠顯著提升可穿戴設(shè)備、個人健身設(shè)備、消費電子醫(yī)療設(shè)備和增強現(xiàn)實應(yīng)用的性能和用戶體驗。

基于i.MX RT700實現(xiàn)差異化設(shè)計

i.MX RT700代表著低功耗嵌入式處理技術(shù)的重大進步。i.MX RT700具有超低功耗和高處理能力，適用于許多需要長電池壽命的應(yīng)用，同時通過專用圖形加速器提供卓越的用戶體驗。

多核架構(gòu)使設(shè)計人員能夠靈活地進行產(chǎn)品設(shè)計。i.MX RT700組合了通用內(nèi)核與高性能DSP以及強大的NPU，能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入式產(chǎn)品差異化。

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本文作者

Eli Hughes是恩智浦專業(yè)支持工程師，為客戶提供恩智浦微控制器和應(yīng)用處理器系列硬件設(shè)計和固件方面的支持。除了支持工作，他還創(chuàng)作了一些技術(shù)內(nèi)容，展示了恩智浦產(chǎn)品在實際真實場景中的應(yīng)用。他借鑒了自己在賓夕法尼亞州立大學(xué)應(yīng)用研究實驗室的過往經(jīng)驗，在那里他參與了嵌入式系統(tǒng)、傳感器、機器人、水下航行器和空間科學(xué)等領(lǐng)域的研究和開發(fā)。他也曾在賓夕法尼亞州立大學(xué)的電氣工程系教授過微控制器、FPGA和電路理論等課程。在業(yè)余時間，Eli喜歡彈吉他和玩木工。。