瑞萨电子利用Helium与Arm® Cortex®-M85处理器技术在MCU内核上实现了前所未有的DSP和AI性能

时间： 2023-05-20 来源：RENESAS

概述

嵌入式设备流行于当今世界，人们对高级机器学习和信号处理能力的需求日益增长。ARM® Cortex®-M85是最新的通用内核，其32位Armv8.1-M架构旨在满足这些需求，并提供高性能与高能效。其核心的Helium技术，M-profile vector extension（MVE），显著提升了ML/DSP的应用性能（与Cortex-M7相比，ML性能提高了4倍，DSP性能提高了3倍）。在这两个系列的博客中，我们将探索Helium技术和那些使Cortex-M85在市场上脱颖而出的功能，下一篇博客将解释在Embedded World 2023上所展示的样例。

Helium-MVE

Helium技术是Cortex-M85和Cortex-M55内核的微架构扩展，旨在用片上处理取代中低端DSP内核。Helium由8个128位向量寄存器组成，支持各种应用的各种向量数据类型。重叠流水线、改进分支预测和循环优化等功能有助于提高其性能。此外，增强的内存访问指令和对复杂值处理的支持使Helium成为Cortex-M85的强大补充。

Cortex-M85功能特性

Cortex-M85凭借丰富的功能特性使其他的Cortex-M内核黯然失色，同时增强了安全性，如指针身份认证、分支目标识别扩展（PABTI）和DUE（Unprivileged Debug Extension）。这一内核还提供7级标量流水线和9-10级向量和浮点流水线，支持各种数据类型。下面对排名前3位的高端ARM微控制器的内核功能进行了详细比较。

基准

与其他Cortex-M内核相比，Cortex-M85实现了显著的性能提升，在AI/ML性能方面比Cortex-M7高出4倍，比Cortex-M55高出20%。

实验数据表明，Helium技术将一些ML内核性能的提高了787%，对浮点数据类型的快速傅里叶变换和有限冲激响应分别高达57%和64%。

但是，请注意，由于Helium本身支持多种数据类型，因此在这些情况下性能的提升会明显更高，如本博客系列的第二部分所示。

(a)使用ARM编译器AC6.15的CMSIS-NN在完全连接层上的平均结果性能

(b)基于ARM编译器AC6.16的浮点数CMSIS-FFT&FIR(标准化性能) [数据来源：Arm ]

总而言之，配备Helium的Cortex-M85可以显著提升AI/ML和DSP性能，同时在标量性能上超过其他Cortex-M内核，这使其成为处理更复杂任务的理想选择。敬请关注本系列博客的第二部分，我们将讨论瑞萨电子在Embedded World 2023上的人工智能样例演示，以及CM85在现实生活中的应用表现。

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