瑞萨电子RA8搭载强大的Arm CM85核为边缘AI应用提供支持（下）

cathy 发布于：周五, 03/22/2024 - 11:18 ，关键词：

集成Helium的RA8 MCU支持什么？

Helium性能提升是通过处理宽128位矢量寄存器来实现的，这些寄存器可以通过一条指令保存多个数据元素（SIMD）。在流水线执行阶段，可能会有多个指令重叠。Cortex-M85是一个双节拍CPU内核，可以在一个时钟周期内处理两个32位数据字，如图1所示。乘法累加操作需要从内存加载到向量寄存器，然后进行乘法累加，这可能会在从内存加载下一个数据的同时发生。加载和乘法的重叠使CPU的性能是同等标量处理器的两倍，而不会造成面积和功耗上的损失。

图1 CM85是一个双拍CPU

这意味着每个时钟周期可以处理两个32位字

Helium引入了150条新的标量和矢量指令，用于加速信号处理和机器学习，包括：

低开销分支扩展（LOBE），用于优化分支和环路操作
允许有条件地执行向量中每个通道的通道预测
用于读取和写入非连续内存位置的矢量收集-加载和分散存储指令，在实现循环缓冲区时很有用
DSP算法中使用的复数的算术运算，例如加法、乘法、旋转
DSP功能，例如用于FIR滤波器的循环缓冲器、用于FFT实现的位反转寻址、图像和视频处理中的格式转换
支持有限域算术、加密算法和纠错的多项式数学
支持音频/图像处理中使用的8、16和32位定点整数数据，以及用于信号处理的ML和半精度、单精度和双精度浮点数据

这些特性使支持Helium的MCU特别适合AI/ML和DSP类型的任务，而无需在系统中使用额外的DSP或硬件AI加速器，从而降低成本和功耗。

采用RA8M1 MCU的语音AI应用

瑞萨在一些AI/ML用例中成功展示了Helium的这种性能提升，与Cortex-M7 MCU相比，性能显着提升——在某些情况下超过3.6倍。其中一个应用是在RA8M1上运行的语音命令识别用例，它实现了深度神经网络（DNN），该网络经过数千种不同的声音进行训练，并支持40多种语言。此语音应用程序对简单的关键字识别进行了增强，并支持自然语言理解（NLU）的修改形式，该形式不仅依赖于命令单词或短语，而是寻找意图。这样就可以使用更自然的语言，而不必记住确切的关键词或短语。

语音实现利用了带有Helium的Cortex-M85内核上提供的SIMD指令。RA8M1具有大容量内存、支持音频采集，最重要的是，Cortex-M85内核和Helium实现了高性能和ML加速，因此非常适合此类语音AI解决方案。即使该解决方案在有和没有Helium的情况下初步实现也表明，与基于 Cortex-M7的MCU相比，提高了2倍以上的推理性能，如图2所示。

图2 RA8M1 MCU上的语音AI应用展示了CM85在有和没有 Helium的情况下比CM7的性能改进

很明显，采用Helium的RA8 MCU无需任何额外的硬件加速即可显著提高神经网络性能，从而为实现更简单的AI和机器学习用例提供了低成本、低功耗的选择。

引用

本文引用了以下文档：

“Arm® Helium™ Technology，M-Profile Vector Extension（MVE）for Arm® Cortex-M® Processors”，作者：Jon Marsh，Arm

“Armv8.1-M 架构简介”，作者：Joseph Yiu，Arm，2019年2月

资源

RA8M1产品详细介绍页

https://www.renesas.cn/cn/zh/products/microcontrollers-microprocessors/ra-cortex-m-mcus/ra8m1-480-mhz-arm-cortex-m85-based-microcontroller-helium-and-trustzone

工程师博客：终端AI在嵌入式视觉应用中的革命

https://www.renesas.cn/cn/zh/blogs/revolution-endpoint-ai-embedded-vision-applications

阅读应用说明，详细了解携带Helium的RA8 MCU 的性能优势

renesas.cn/cn/zh/document/apn/high-performance-ra8-using-cm85-core-helium-v10

RA8系列产品介绍

RA8系列目前已有3款产品量产，包含RA8M1、RA8D1 及RA8T1。

RA8M1

此产品是RA8系列主流通用型MCU，适用于工业自动化、家用电器、智能家居、消费品、楼宇/家居自动化和医疗/保健细分市场中的各种高性能和计算密集型应用场景。同时由灵活软件包（FSP）和一整套软硬件开发工具提供全面支持。

RA8D1

此产品针对HMI应用，集成了高性能CM85内核和大内存，以及丰富的外设集，包括带并行RGB和MIPI-DSI接口的高分辨率TFT-LCD控制器、2D绘图引擎、16位摄像头接口和多个外部内存接口，经过优化可满足各种图形和视觉AI应用的需求。同时由灵活软件包（FSP）和一整套软硬件开发工具提供全面支持。

RA8T1

此产品针对电机应用，不仅集成了高达2MB的大容量闪存、1MB SRAM（包括TCM）、PWM定时器、模拟功能、多种连接功能，还支持高级安全特性和安全功能。RA8T1产品组通过其高性能和丰富的集成功能，在用户系统上实现高级电机控制或附加功能。RA8T1产品组支持灵活配置软件包（FSP）和合作伙伴生态系统，以及电机控制评估套件、软件和工具。