聚焦當前市場上最熱門的Edge AI應用，Arm近日發表其支援Helium架構的Cortex-M系列最新處理器核心Cortex-M52，旨在為需求更低功耗與成本方案的電池供電IoT裝置帶來更強化的AI功能。繼分別於2020年與2022年發表的Cortex-M55、Cortex-M85，以及可搭配Cortex-M系列平台的微神經網路處理器(microNPU) Ethos-U55，Arm預期Cortex-M52的問世，能催生更多創新Edge AI應用落地；同時Arm也積極壯大其生態系統與工具鏈資源，致力為開發者社群提供堅實的技術支援。
除了強調AI應用將在人們的日常生活中無所不在，Arm台灣總裁曾志光在Cortex-M52發表會開場時也特別表達了該公司對開發者社群的重視；他表示，嵌入式系統與IoT是Arm經營最久也最擅長的領域，該公司扮演的角色也不只有開發IP與硬體架構，而是會將韌體、軟體堆疊、甚至參考設計等元素都納入考量，期望以完整的資源庫與系統化解決方案，讓所有正在進行的Arm架構專案開發都能順利完成。
佔位面積更小、功耗更低的Helium家族成員
根據Arm物聯網事業部亞太區IoT市場資深經理黃晏祥的介紹，Cortex-M52是目前支援Arm Helium技術──為Arm Cortex-M系列處理器的M系列向量延伸(M-Profile Vector Extension，MVE)指令集架構，是Armv8.1-M的延伸，號稱能大幅提升機器學習(ML)與數位訊號處理(DSP)應用的效能──的處理器IP中，具備最小佔位面積以及最高成本效益的新成員。
Arm Cortex-M52核心架構。(圖片來源：Arm)
與同樣以IoT為主要應用的Arm Cortex-M33核心相較，M52佔位面積小了30%，DSP與ML應用效能分別有2.7倍與5.6倍的提升，省電效能提升2.1倍；與同系列的Cortex-M55相較，佔位面積則減少了23%，功耗也更低。在安全性方面，Cortex-M52支援Armv8.1-M架構的最新安全擴充，包括PACBTI和TrustZone，也有助加速晶片通過PSA Certified Level 2認證，是取代先前採用Cortex-M3與M33核心MCU的理想選擇。
而黃晏祥也指出，在過去開發者若要讓晶片達到特定的DSP與ML效能，會需要結合CPU、DSP及NPU三種核心，並使用三種獨立的工具鏈、編譯器和除錯工具，還得深入了解跨多個處理器的時序、記憶體存取和事件調度等方面的情況。M52與Helium架構的其他處理器IP可在單一工具鏈進行開發，使用單一語言編寫對共同API進行編碼，以更簡化的開發流程實現終端應用所需性能。
黃晏祥表示，迄今在全球IoT裝置上運作的Cortex-M系列核心超過1,000億，預期傳統IoT裝置結合AI功能──即Edge AI──的應用場景將越來越廣泛多元；著眼如此龐大且發展潛力無窮的市場，Arm的策略是推出更多選項，讓終端應用開發者能依照需求與各項條件的權衡，都能找到最恰當的解決方案。
Cortex-M55與M85聚焦物件偵測、手勢辨識、人臉辨識等AI結合機器視覺應用為目標，並可搭配Ethos NPU在更高階、需要即時反應的應用中實現AI加速。而M52則是鎖定需要低成本、小體積與低功耗裝置，支援如振動偵測、感測器融合，以及關鍵字偵測、異常狀況偵測等，不搭配攝影鏡頭的應用。目前已有多家MCU業者完成採用M55核心的產品開發並陸續發表，預計首批採用M52核心的晶片將於2024年問世。
Arm的Helium架構Cortex-M52、M55與M85著眼應用場景越來越多元化的AI+IoT－Edge AI應用，搭配Ethos系列Micro NPU，能提供不同性能、功耗等級的選項。(圖片來源：Arm)
積極擴展生態系資源助開發者克服設計挑戰
黃晏祥強調，Cortex-M52與M55、M85在軟體方面完全相容， Arm虛擬硬體(Virtual Hardware)平台也可提供採用M52的開發者，在取得晶片之前先進行軟體開發，加快並簡化終端應用產品的實現。由於採用Cortex-M系列的晶片業者眾多，Arm打造的通用微控制器軟體介面標準 (CMSIS)，為處理器與周邊軟體、RTOS、韌體等提供一致性的介面，能讓跨不同MCU平台的軟體重複使用更為簡單，縮短裝置開發時程。
而自Helium 技術於2020年發表以來，Arm逐步建立了完整的開發工具與函式庫。像是DSP Concepts的Audio Weaver平台，就針對Helium提供相容的產品；還有Edge Impulse、 Plumerai等針對邊緣裝置AI推論應用提供模型建構與最佳化方案的業者，也都是Arm生態系的合作夥伴。黃晏祥總結指出，Arm將持續積極與來自各方生態系夥伴合作，投資正確的工具與軟體，為採用Cortex架構的開發者提供充足的資源，以實現讓AI無所不在的願景。
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