Cortex-M55 et microNPU Ethos-U55 : ARM mise sur l'IA embarquée

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Cortex-M55 et microNPU Ethos-U55 : ARM mise sur l'IA embarquée

ARM vient d’annoncer un nouveau cœur CPU se focalisant sur le marché de l'embarqué et l'IA : le Cortex-M55. Il est accompagné par le microNPU Ethos-U55 qui doit permettre de renforcer les capacité du M55 en termes de machine learning, mais aussi celles d’anciens Cortex-M.

Les cœurs Cortex-M d’ARM sont pensées pour les produits embarqués. Les premières références ont déjà plus de 10 ans. Ils bénéficient d'évolutions moins rapides et de références moins nombreuses par rapport aux Cortex-A que l'on retrouve dans de nombreux SoC de smartphones. Il existe aussi les Cortex-R pour les applications temps réel.

ARM ne laisse pour autant pas de côté les Cortex-M et un nouveau représentant vient d’être annoncé : le M55. Il est basé sur l’architecture v8.1-M avec un pipeline à quatre étages, tandis que les Cortex-M23 et M33 exploitaient pour leur part de l’Armv8-M avec deux ou trois étages de pipeline.

Et comme c’est la mode depuis plusieurs années, l’IA est à l’honneur…

Premier Cortex-M avec la technologie « Helium »

Cette nouvelle architecture apporte également, en option, la technologie « ARM Helium vector processing ». Il s’agit d’ajouter « 150 nouvelles instructions scalaires et vectorielles » (M-Profile Vector Extension ou MVE). D’autres options sont disponibles : une unité FPU, de la mémoire cache, la prise en charge de la technologie TrustZone, etc.

ARM affirme qu’il s’agit de « son processeur de la série Cortex-M le plus doué pour l’intelligence artificielle ». Les performances dans des applicatifs exploitant le machine learning seraient 15x plus élevées que les générations précédentes, contre 5x pour le traitement du signal... sans plus de détails.

ARM Cortex-M55

Toutes les caractéristiques techniques sont disponibles par ici. Un comparatif entre les différents Cortex-M (du M0 au M55) a été mis en ligne par ARM, il se trouve en bas de cette page.

Pour les développeurs, de la documentation sur la partie logicielle est disponible par là. Elle évoque égaleement le microNPU Ethos-U55 qui peut venir en assistance aux Cortex-M.

Ethos-U55 : un microNPU pour décupler les performances en ML

Il est compatible avec les M55, M33, M7 et M4, visant une intégration aux appareils où le besoin en traitements locaux liés à l'IA nécessitent plus de performances. Il s’agit d’un NPU (Neural Processing Unit) dont l'empreinte énergétique et l'encombrement (0,1 mm², gravé en 16 nm) sont compatibles avec une installation dans de l’embarqué. 

Lorsque l’Ethos-U55 est combiné avec un Cortex-M55, les performances en machine learning sont multiplées par 480 par rapport aux précédents Cortex-M précise ARM, sans microNPU évidemment. En clair, le microNPU Ethos-U55 serait 32 fois plus performant que le Cortex-M55 dans de telles applications. 

Tous les détails techniques se trouvent sur cette page.

ARM Ethos-U55

Cas d’usages et design de référence (Corstone-300)

Selon ARM, le Cortex-M55 se limiterait à de la détection d’objets, alors que combiné avec l’Ethos-U55 il permettrait de faire de la détection de gestes et de la reconnaissance de texte. Les Cortex-A pour leur part peuvent faire de la classification d’objets et de la reconnaissance d’images en temps réel.

Pour les fabricants intéressés, ARM propose un design de référence pour l’intégration de son cœur dans un SoC, avec ou sans Ethos-U55. Cet ensemble est baptisé Corstone-300.

ARM Cortex-M55ARM Corstone-300

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