Arm推出Ethos-U85、Corstone-320，加速推動邊緣AI系統落地
近年來，伴隨著Transformer與大模型的發展，AI模型的普適性、多模態支持，以及模型微調效率都有了質的突破，加上低功耗的AI加速器和專用芯片被集成到終端設備中，邊緣智能正變得越來越自主和強大。
邊緣AI潛力巨大，有望助力多個領域的持續智能化演進與轉型。Arm的客戶與生態伙伴在智能家居、智能零售與智能制造等領域不斷創新，進而實現感知、決策與行動的閉環，提高自動化水平。為了加速AI系統的快速落地，Arm近日推出了全新AI微加速器Arm Ethos-U85，以及全新的智能物聯網參考設計平臺Corstone-320。
Arm物聯網事業部業務拓展副總裁馬健(Chloe Ma)介紹道，Arm為了實現AI算子延展與部署簡化，在過去十年中進行了大量投資并優化性能。
Arm在邊緣AI領域的厚積薄發
圖1：Arm賦能邊緣AI持續創新
起初，Arm聚焦在優化各類傳感器必需的嵌入式處理器上，致力于實現超低成本、低功耗和小面積，并支持控制級代碼的開發；隨著萬物互聯的發展，連接使邊緣算力和安全性變得越來越重要，該公司順勢推出了Armv8-M和Arm TrustZone等技術來增強算力與安全；當邊緣與端側AI推理需求增長， Arm在嵌入式領域引入了Armv8.1-M，Arm Helium技術使CPU能夠執行更多計算密集型的AI推理算法；緊接著，Arm又推出了業界首款 AI 微加速器 Arm Ethos NPU，來滿足更高性能和更復雜的AI工作負載。
馬健評價說：“Arm在AI時代的演進中起到了至關重要的作用。諸多基于Arm架構的邊緣AI解決方案的成功部署，讓我們更加堅信AI需要硬件和軟件之間的緊密結合。”當然，當系統變得愈加強大，其復雜度也隨之提升。軟硬件必須協同工作才能釋放AI處理的最大潛能。因此，Arm不僅聚焦處理器IP，也在軟件與工具鏈方面加強投資，確保滿足高性能邊緣AI系統的開發需求。
為了達成“軟硬件緊密結合”的目標，Arm與生態合作伙伴正齊心協力合作。據馬健介紹，目前在 Arm軟硬件計算平臺上涌現了大量創新，包括：恩智浦半導體(NXP)的i.M系列、瑞薩電子(Renesas)的RA8系列、英飛凌(Infineon)的PSoC Edge、Alif Semiconductor的Ensemble等邊緣AI芯片方案。同時，Arm也在與一系列軟件算法與工具伙伴合作，以確保為邊緣AI系統開發者提供工具和技術支持。
為了進一步推動邊緣 AI 的落地，Arm近日又更新了智能物聯產品組合，此次的新產品組合包括——全新AI微加速器Arm Ethos-U85和全新智能物聯網參考設計平臺Corstone-320。
·全新AI微加速器Arm Ethos-U85
Arm Ethos-U NPU系列是業界首款AI微加速器，英飛凌、恩智浦半導體、奇景光電(Himax)、Alif Semiconductor和Synaptics等企業均已推出搭載Ethos-U的量產芯片。全新的Arm Ethos-U85屬于Arm Ethos-U NPU系列，它為高性能邊緣AI應用帶來了四倍的性能提升，20%的能效提升，并保持了一致工具鏈，可實現無縫的開發者體驗。Arm Ethos-U85支持從128到2048個MAC單元的配置，在最高性能配置下提供4TOPs的AI算力。據介紹，Ethos-U85的目標應用場景是智能家居、零售、工業等新興邊緣AI應用場景。
圖2：Arm Ethos-U85提供卓越的神經網絡加速功能
此外，Ethos-U85增加了Transformer架構網絡的支持，這是優化大模型邊緣落地微調時間、提升模型泛化的一個關鍵特性。具體來看，Ethos-U85不僅提供卷積神經網絡(CNN)所需的權重矩陣乘的運算，還支持矩陣相乘——這是Transformer架構網絡的一個基本組成部分。基于Transformer的模型具有優異的泛化功能，它將更快地驅動新AI應用的發展。
Transformer在視覺和生成式AI用例中，比如視頻理解、圖文結合、圖像增強與生成、圖像分類和目標檢測等方面都極有價值。Transformer架構網絡的注意力機制容易利用并行計算來實現，提高硬件使用效率，這些模型能夠部署在計算資源有限的邊緣設備上。開發者可通過選用針對Transformer架構網絡優化的設計，使邊緣AI應用享有更快的推理、更優化的模型性能和可擴展性。
Ethos-U85不僅支持低功耗MCU系統中的AI加速，還支持在高性能邊緣計算系統中的應用處理器、標準操作系統和高級開發語言的部署，這種模式更有利于云原生開發和云邊端負載調度。而Arm Ethos-U85和Armv9 Cortex-A CPU的組合，可為基于應用處理器的智能物聯網平臺上運行的AI任務實現加速，給工業機器視覺、邊緣網關、可穿戴設備和消費類機器人等應用帶來高效能的邊緣推理。
·全新智能物聯網參考設計平臺Arm Corstone-320
Arm為了幫助合作伙伴簡化系統開發進而加快上市時間，還推出了最新的具備Ethos-U85的邊緣AI參考設計平臺——Arm Corstone-320。
Corstone-320包含了嵌入式處理器Cortex-M85，以及全新的Ethos-U85 NPU AI加速器。由于視覺在多模態感知中起到了關鍵作用，許多邊緣MCU和傳感器系統越來越依賴于視覺和圖像感知，Corstone-320還包含了Arm Mali-C55 ISP，以實現為視覺應用優化的低功耗系統。據悉，該參考設計針對實際工作負載開發，其參考用例包括部署在智能家居中的電池供電攝像系統，以及在工業和零售系統中的低幀率網絡攝像頭。
另外，Corstone-320參考設計還提供有安全保證的軟硬件組合，使得在此參考設計基礎上開發的合作伙伴，可順利地通過PSA Certified Level 2認證，實現對區域和全球安全標準的合規。馬健強調說：“通過Corstone-320預先集成、預先驗證的參考設計模版，Arm能幫助合作伙伴節省邊緣智能芯片的開發成本和時間?！?/span>
值得注意的是，Corstone-320不僅提供芯片計算子系統IP組合，還附帶了軟件、AI模型庫和開發工具，以實現軟件的復用。它附帶了仿真Corstone-320完整系統的Arm虛擬硬件，以及單獨的CPU和NPU的固定虛擬平臺(FVP)模型，以簡化開發并加速產品設計，支持軟硬件并行協同開發。馬健評價道，這種提供邊緣AI和智能物聯網計算子系統全套軟硬件和工具鏈的方法，使得其合作伙伴能夠在一系列性能點上，快速開發并聚焦于打造差異化價值。
助力生態伙伴加速邊緣AI設備部署
圖3：Arm助力加速邊緣AI設備部署進程
簡單易用才更適于普及推廣，隨著邊緣AI的持續擴展，物聯網生態鏈上下游的芯片與系統供應商、算法軟件開發者與集成商們越來越匯聚在Arm計算平臺。
馬健認為，是因為Arm計算平臺能提供AI從云到端、現代敏捷開發和部署流程中所需的特性和功能，實現基于量產驗證的一致架構，并采用統一工具鏈的AI轉型。包括開發者、數據科學家、學術界在內的AI研究開發社區，不僅持續受益于Arm生態系統與合作伙伴提供的豐富信息與知識，也圍繞Arm計算平臺構建日益增長的軟件和工具生態系統，以及開源軟件庫和AI框架。又得益于Arm特有的IP授權許可模式和開放生態，OEM和ODM可以有多種基于Arm架構和計算平臺的芯片與模組選擇，更靈活地開發適于最終應用的系統方案。
當下市場上邊緣用例繁多，傳統物聯網市場存在碎片化，為了更好地統一多樣化的應用要求，達到規?；б?，軟件定義和適于軟件移植的標準必不可少。全新的Ethos-U85和Corstone-320參考設計平臺，滿足了邊緣AI用例對更高性能計算的需求，為最新的AI模型、框架提供了原生支持，并沿用Arm軟件與AI開發者已經熟知的工具鏈，具有投資復用、上手容易等優勢。這些最新的產品與參考設計加入了Arm豐富的IP產品和技術組合中，使Arm技術能夠覆蓋更廣泛、多樣化的智能物聯網應用，并滿足最新邊緣AI市場的性能、成本和能效需求。
邊緣AI還將隨著大模型和生成式AI崛起，用戶體驗的持續提升、數據量激增，以及企業對數據價值的認可，將使行業經歷巨大變化，例如在設備上實現實時語言翻譯等。隨著大模型持續通過量化、剪枝和聚類技術來縮減優化模型，使大模型適于在邊緣和超級終端設備部署，大小模型云邊端結合成為未來AI產品的重要發展趨勢，也是AI應用賦能行業發展的重要方向。
馬健最后指出，邊緣部署大模型和生成式AI用例指日可待，而Arm已經為此做好準備，來挑戰物聯網與大模型、多模態AI結合的性能與效率極限。
