在當(dāng)前持續(xù)演進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 環(huán)境中,，軟件復(fù)雜性不斷增加，邊緣設(shè)備因而需要更勝以往的性能,、能效和安全性,。Arm Cortex-A 系列產(chǎn)品通過為功率有限的設(shè)備帶來先進(jìn)的計算功能,，進(jìn)而滿足這一需求，并為多樣化的市場提供增強的人工智能 (AI) 處理能力,、強大的安全性和優(yōu)化的能效,。Cortex-A3xx 系列專為包括消費類電子設(shè)備和云服務(wù)等在內(nèi)的各種細(xì)分市場提供超高能效解決方案和優(yōu)化的性能。更重要的是,，該系列 CPU 為快速增長的高度多樣化物聯(lián)網(wǎng)市場提供了性能強勁且可擴展的解決方案,，使其成為邊緣 AI 應(yīng)用的理想之選。

邊緣 AI 需要更卓越的計算性能,、更強大的安全性,，以及更出色的軟件靈活性。隨著軟件愈發(fā)復(fù)雜化,，Armv9 架構(gòu)應(yīng)運而生,，以提供先進(jìn)的機器學(xué)習(xí) (ML) 和 AI 功能，并具備增強的安全特性,。該架構(gòu)現(xiàn)已在 Cortex-A3xx 的超高能效系列實現(xiàn),，為新一代邊緣 AI 應(yīng)用夯實根基。

Cortex-A320：最小型的 Armv9 架構(gòu)實現(xiàn)

Arm 今日發(fā)布的 Cortex-A320 是首款基于 Armv9 架構(gòu)的超高能效 Cortex-A 處理器,。這是一款基于 Armv9.2-A 架構(gòu)的 AArch64 CPU,。其微架構(gòu)源自 Cortex-A520，并經(jīng)過顯著優(yōu)化,，以改善面積和功耗,。

Cortex-A320 的能效相較 Cortex-A520 提高了 50% 以上,。這一提升是通過多次微架構(gòu)的更新而實現(xiàn)，其中包括窄取和解碼數(shù)據(jù)路徑,、密集存儲的 L1 緩存,、縮減端口的整數(shù)寄存器文件等優(yōu)化。

得益于高能效的分支預(yù)測器和預(yù)取器,，以及內(nèi)存系統(tǒng)的提升等微架構(gòu)上的顯著創(chuàng)新,，Cortex-A320 在 SPECINT2K6 基準(zhǔn)測試中的標(biāo)量性能相比其前代產(chǎn)品 Cortex-A35 提升了 30% 以上。

更重要的是,，通過集成增強的Armv9 的 Neon 和 SVE2 向量處理技術(shù),，在 INT8 通用矩陣乘法 (GEMM) 中測得 Cortex-A320 的 ML 處理能力比 Cortex-A35 高出至多 10 倍。此外,，通過對 BF16 等新的數(shù)據(jù)類型,、新的點積和矩陣乘法指令的支持，Cortex-A320 的 ML 性能比目前全球最受歡迎的 Armv8-A CPU Cortex-A53 高出至多六倍,。

Cortex-A320 在 ML 能力的大幅提升,，以及極高的面積能效比，使其在 ML 應(yīng)用中成為最高能效的 Cortex-A CPU 核心,。

與 Arm Cortex-M 處理器相比,，Cortex-A320 的 ML 性能同樣提高了數(shù)倍。例如,，在 GEMM 性能方面,，Cortex-A320 相較目前性能最高的 Cortex-M CPU (Cortex-M85) 提高了八倍。這種性能提升不僅歸功于 Armv9 架構(gòu)在 AI 處理上的增強,，還源于 Cortex-A320 內(nèi)存訪問性能的大幅提高和頻率的增加,。

與此同時，得益于 Arm 的 A 處理器架構(gòu),、多核執(zhí)行,，以及靈活的內(nèi)存管理，這使 Cotex-A320 成為 Cortex-M 系列微處理器進(jìn)行性能升級的合適選項,。

通過微架構(gòu)優(yōu)化,，實現(xiàn)更高能效

Cortex-A320 是一款單發(fā)射、32 位指令取指的有序執(zhí)行 CPU,，實現(xiàn)了優(yōu)化的八級管線,，且具有緊湊的轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到比 Cortex-A520 更高的頻點,。

Cortex-A320 提供從單核到四核配置的集群內(nèi)擴展,。該 CPU 所采用的簡化 DynamIQ Shared Unit (DSU) DSU-120T，可支持僅使用 Cortex-A320 的集群,。DSU-120T 是最小的 DSU 實現(xiàn),，能夠顯著降低復(fù)雜性,、面積和功耗，進(jìn)而大幅提升基于 Cortex-A 的入門系列產(chǎn)品的能效,。

Cortex-A320 支持高達(dá) 64KB 的 L1 緩存和高達(dá) 512KB 的 L2 緩存,，并且具有可連接到外部存儲器的 256 位 AMBA5 AXI 接口。L2 緩存和 L2 TLB 可以在 Cortex-A320 CPU 之間共享,，而實現(xiàn) Neon 和 SVE2 SIMD 技術(shù)的向量處理單元既可在單核復(fù)合體中專用,，也可在雙核或四核實現(xiàn)中由兩個核共享。

針對不同市場的多樣化優(yōu)勢

得益于廣泛的開源 Linux 支持,、強大的安全生態(tài)系統(tǒng),，以及 Armv9 架構(gòu)所取得的關(guān)鍵進(jìn)展，Cortex-A320 可確保與邊緣側(cè)和基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備兼容,，同時具備出色能效和可擴展性,。

Neon 和 SVE2 向量處理技術(shù)更新提升了 ML 性能，除此之外,，Armv9 架構(gòu)還大大增強了安全性，這對于物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)至關(guān)重要,。Cortex-A320 為 Cortex-A 的超高能效系列引入了重要的安全特性,，包括增強內(nèi)存安全性的內(nèi)存標(biāo)記擴展 (MTE)，以及可減少跳轉(zhuǎn)導(dǎo)向編程和返回導(dǎo)向編程攻擊的指針驗證 (PAC) 和分支目標(biāo)識別 (BTI),。

Secure EL2  是 Cortex-A320 所采用的其中一項 Armv9 關(guān)鍵特性,，通過增強 TrustZone 中的軟件隔離，有助于在邊緣設(shè)備上安全執(zhí)行軟件容器,。詳情請參閱安全虛擬化頁面,。

從入門級通用 MPU、智能揚聲器,、軟件定義智能攝像頭,，到工廠車間內(nèi)的自動駕駛車輛、自動化邊緣 AI 助手,、AI 人機界面和機器人控制器,，Cortex-A320 可在廣泛的應(yīng)用中發(fā)揮上述優(yōu)勢。除邊緣 AI 應(yīng)用外,，Cortex-A320 還可惠及包括智能手表和智能可穿戴設(shè)備,，以及服務(wù)器基板管理控制器 (BMC) 等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備在內(nèi)的眾多關(guān)鍵細(xì)分市場。

Cortex-A320 也非常適合于以往使用高性能 Cortex-M 的應(yīng)用,，如電池供電的 MCU 用例或運行實時操作系統(tǒng) (RTOS) 的應(yīng)用,，這些應(yīng)用需要通過對稱多處理來擴展性能，而 Arm 的 A 處理器架構(gòu)開箱即支持,。

此外,，它還可用于需要 Cortex-A 內(nèi)存管理或地址轉(zhuǎn)換特性的 RTOS 應(yīng)用,，以增強軟件的靈活性。例如,，Cortex-A320 適合于需要在 MCU 設(shè)備上下載應(yīng)用的用例,，由于其需要內(nèi)存管理單元 (MMU) 來跨內(nèi)存映射進(jìn)行代碼重新定位。

與此同時,，更寬的尋址空間使得 Cortex-A320 成為異構(gòu)多核用例的高能效解決方案,，在這些用例中，性能更高的 Cortex-A 與微控制器級核心相結(jié)合,。借助 Cortex-A320,，Arm 的合作伙伴能夠?qū)⑿⌒图軜?gòu)兼容的核心搭配較大的 Cortex-A 處理器，從而簡化內(nèi)存架構(gòu),。

另一方面,，由于其所具備的 A 處理器架構(gòu)特性，Cortex-A320 可以提供開箱即用的 Linux 支持,，并為安卓系統(tǒng)等現(xiàn)有的功能豐富的操作系統(tǒng)提供軟件可移植性,。Cortex-A320 具備出色的靈活性，適用于眾多細(xì)分市場,、應(yīng)用和操作系統(tǒng),。

引入 Armv9 邊緣 AI 異構(gòu)計算平臺

Arm Ethos-U85 NPU 旨在應(yīng)對 Cortex-A 系統(tǒng)中的常見高延遲內(nèi)存，并與 Cortex-A320 處理器協(xié)作良好,。

Ethos-U85 驅(qū)動程序已完成更新,，該 NPU 現(xiàn)可直接由 Cortex-A320 驅(qū)動，而無需基于 Cortex-M 的 ML 島,。這一更新不僅改善了延遲,，還為 Arm 的合作伙伴免去了使用 Cortex-M 來驅(qū)動 NPU 的成本和復(fù)雜性。

此外,，Cortex-A320 的內(nèi)存訪問性能和增強的內(nèi)存系統(tǒng)使其能夠執(zhí)行更大規(guī)模的 ML 模型,，例如超過 10 億個參數(shù)的大語言模型 (LLM)。由于可尋址內(nèi)存空間有限,，這些模型很難在基于 Cortex-M 的系統(tǒng)上高效運行,。

Ethos-U NPU 通過量化數(shù)據(jù)類型，來滿足邊緣 AI 用例有限的成本和能耗要求,。Ethos-U85 不支持的 ML 算子和數(shù)據(jù)類型都將自動回調(diào)到 Cortex-A320 上進(jìn)行處理,，并利用 Neon/SVE2 引擎進(jìn)行加速。

Armv9 架構(gòu)實現(xiàn)了顯著的 ML 性能提升,，得益于此,，在 2GHz 頻率下運行，以 8 位 MAC/周期測得,，四核 Cortex-A320 可以執(zhí)行高達(dá) 256 GOPS,。因此,，無需外部加速器，Cortex-A320 便可直接在 CPU 上運行高級 ML 和 AI 用例,。這為針對各種 ML 和 AI 應(yīng)用的設(shè)備節(jié)省了系統(tǒng)面積,、功耗和復(fù)雜性，并帶來最高可達(dá) 0.25 TOP 的表現(xiàn),。

邊緣 AI 新時代未來可期

Cortex-A320 將 Armv9 架構(gòu)的安全性和卓越的 AI 性能引入了 Cortex-A 的超高能效系列,，為軟件開發(fā)者提供了開發(fā)和部署更嚴(yán)苛用例的新可能，開創(chuàng)了邊緣 AI 設(shè)備的新時代,。通過結(jié)合 Arm 的 A 處理器架構(gòu)及相關(guān)的軟件生態(tài)系統(tǒng),，并在高能效和靈活性支持下，Cortex-A320 為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的各個細(xì)分市場提供了卓越的可擴展性和多樣化,。

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