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Künstliche Intelligenz ohne Cloud: ARM bringt Cortex-M55 und Ethos-U55

Für Endpoint-AI: Der Cortex-M55 ist ein CPU-Kern für IoT-Geräte, er beherrscht erstmals Vektor-Instruktionen für maschinelles Lernen. Hinzu kommt die Ethos-U55, ein Beschleuniger für neuronale Netzwerke.

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ARM bringt Cortex-M55 und Ethos-U55
ARM bringt Cortex-M55 und Ethos-U55 (Bild: ARM)

Der britische IP-Entwickler ARM hat den Cortex-M55 und die Ethos-U55 vorgestellt, einen CPU-Kern und eine NPU (Neural Processing Unit). Beide sind als Funktionsblöcke für ein System-on-a-Chip gedacht, welches sogenannte Endpoint-AI vollführt. Darunter fallen Geräte für das Internet der Dinge, welche etwa Sensordaten mit künstlicher Intelligenz auswerten, ohne die Informationen über das Internet in die Cloud zu einem Server zu senden.

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Beim Cortex-M55 handelt es sich um ein Design, welches durchaus Ähnlichkeiten mit dem älteren Cortex-M33 hat, aber auch einige architektonische Neuerungen aufweist. Zusammen mit mehr Takt soll er so bei generellen Workloads etwa 20 Prozent schneller rechnen. Der Cortex-M55 basiert auf der ARM v8.1 und integriert erstmals Helium, besser bekannt als die M-Profile Vector Extension (MVE). Dahinter verbergen sich sich SIMD-Instruktionen mit 128-Bit-Vektoren, weshalb der Cortex-M55 laut ARM eine 5-fache Geschwindigkeit bei DSP-Berechnungen und eine 15-fache bei maschinellem Lernen aufweisen soll.

NPUs sind bei ARM nicht neu: Mit der Ethos-N77, der Ethos-N57 und der Ethos-N37 gibt es bereits Neural Processing Units für Smartphones. Wie das U bei der Ethos-U55 bereits impliziert, handelt es sich um eine besonders platzsparende und sparsame Variante. Daher fliegt die Programmable Layer Engine (PLE) raus und damit SRAM, der viel Die-Fläche belegt. Die Ethos-U55 ist für 32 bis 256 MACs pro Taktzyklus ausgelegt und beschleunigt Inference-Workloads drastisch. 256 MACs entsprechen zwei Computation Engines (CEs), also einer halben Ethos-N37.

  • Cortex-M55 und Ethos-U55 relativ zu anderen IP-Blöcken. (Bild: ARM)
  • Blockdiagramm des Cortex-A55 (Bild: ARM)
  • Blockdiagramm der Ethos-U55 (Bild: ARM)
Cortex-M55 und Ethos-U55 relativ zu anderen IP-Blöcken. (Bild: ARM)

Laut ARM steigt die Leistung verglichen mit einem Cortex-M55 um das 50-Fache, die Energie-Effienz immerhin noch um das 25-Fache. Im Vollausbau ist eine Ethos-U55 allerdings auch doppelt so groß wie ein Cortex-M55, wenn beide im gleichen Fertigungsverfahren entstehen - was in einem SoC für IoT üblicherweise der Fall ist. Bis erste Designs erscheinen, dürfte es wenigstens 18 Monate dauern.

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