ARM發(fā)布了兩款全新的IP，一款是已經(jīng)非常成功的ARM Cortex-M家族的新成員Cortex-M55，另一款是去年底新發(fā)布的Ethos系列的新產(chǎn)品，也是首款針對Cortex-M平臺的微神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器(microNPU)——Ethos-U55。如果將這兩個最新的IP結(jié)合，機器學(xué)習(xí)（ML）性能最高可以提高480倍。
兩款新產(chǎn)品AI性能的大幅度提升，是ARM在AIoT市場競爭的強大武器。但是，也反映出了ARM在這一市場的焦慮。
強攻AIoT市場
從兩款新產(chǎn)品說起，新增的Cortex-M55是ARM AI性能最強大的Cortex-M處理器。有多強大？與前幾代的Cortex-M處理器相比，Cortex-M55的ML性能最高可提升15倍，DSP性能也可提升5倍，且具備更佳的能耗比。同時，Cortex-M55也是首款基于ARMv8.1-M架構(gòu)、內(nèi)建ARM Helium向量處理技術(shù)的處理器，大幅提升DSP與ML的性能還更省電。
另外，開發(fā)者還可以使用Cortex-M處理器的全新功能，也就是去年十月發(fā)布的ARM Custom Instructions (ARM自定義指令集)，延伸處理器的能力，對特定工作負(fù)載進(jìn)行優(yōu)化。
也就是說，全新的Cortex-M55不僅AI性能更強，能耗比更佳，還有了更強的靈活性。
另外一款新品Ethos-U55的AI性能更加強大，是Cortex-M55的32倍，還有32-256個可配置的MAC。ARM推出這款專用的微神經(jīng)處理器的目的是借助其高度的可配置性，加速空間受限的嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的ML推理能力。
這還不夠，如果將Cortex-M55與Ethos-U55搭配，結(jié)合后的產(chǎn)品ML性能最高可提升480倍。
當(dāng)然，不要被480倍的巨大提升嚇到，因為這個性能的提升是在一個比較低的ML性能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的提升。用下面的圖來直觀解釋AI性能提升后適用的場景。
Cortex-M55的AI性能可以應(yīng)用在像異常檢測和對象檢測的應(yīng)用中，Cortex-M55與Ethos-U55搭配則可以應(yīng)用在對AI性能要求更高的手勢檢測、生物識別、語音識別的應(yīng)用中，但兩者搭配的AI性能又低于Cortex-A CPU、Mali GPU、Ethos-N NPU才能滿足的對象分類、實時識應(yīng)用的需求。
這樣，我們就能非常清晰的了解Cortex-M55以及Ethos-U55的意義。
Cortex-M是業(yè)界非常成功的微控制器處理器，基于Cortex-M的芯片全球已經(jīng)出貨超過500億片，廣泛應(yīng)用于各種各樣的嵌入式設(shè)備當(dāng)中。但是Cortex-M只能夠滿足振動檢測、傳感融合、關(guān)鍵字檢測這些簡單的AI功能，隨著萬物皆AI時代的到來，需要Cortex-M、Ethos-U55以及兩者的組合的性能去滿足更多AIoT應(yīng)用的需求。
也就是說，已有的Cortex-M、Cortex-M55、Ethos-U55以及Cortex-M所有產(chǎn)品與Ethos-U55的組合更全面的AI性能，提升了ARM在終端AI上的吸引力，再加上Cortex-M的ARM Custom Instructions的新功能，能夠更好地滿足市場規(guī)模龐大但碎片化的AIoT市場。
ARM在AIoT市場的內(nèi)外焦慮
從Cortex-M 到Ethos-N，ARM本應(yīng)該為其擁有的AI產(chǎn)品感到自信，但市場的競爭似乎并不容許ARM為此滿足。實際上，ARM在2018年2月公布了Project Trillium 的機器學(xué)習(xí)計劃，并且預(yù)計在2019年第一季度發(fā)布首款ML處理器。但ARM直到2019年5月份才發(fā)布首款ML處理器，10月份才公布ML系列產(chǎn)品的名稱Ethos。
ARM ML事業(yè)群商業(yè)與營銷副總裁Dennis Laudick去年接受雷鋒網(wǎng)專訪時對于產(chǎn)品發(fā)布有所延遲這樣解釋，發(fā)布推遲有很多原因，產(chǎn)品開發(fā)是主要的問題。ML處理器開發(fā)的過程中面臨很多挑戰(zhàn)，其中一個很大的挑戰(zhàn)就是數(shù)據(jù)移動處理不好就會消耗大量的電，另一個大的挑戰(zhàn)就是如何權(quán)衡效率和靈活性。
在ARM發(fā)布首款ML處理器時，蘋果、三星、華為集成在其SoC中的NPU已經(jīng)更新了幾代，高通和聯(lián)發(fā)科的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器也日趨成熟。也因此，業(yè)界不少人都認(rèn)為ARM錯過了進(jìn)入手機NPU市場的好時機。這自然也會讓ARM的AI產(chǎn)品更加看重具有廣闊前景的AIoT市場。
全球第二大市場研究機構(gòu)MarketsandMarkets去年發(fā)布的預(yù)測報告顯示，2019年全球AIoT市場規(guī)模為51億美元，到2024年，這一數(shù)字將增長至162億美元，復(fù)合年增長率為26%。
雖然ARM憑借Cortex-M系列處理器在嵌入式設(shè)備市場非常成功，但是到了AIoT時代，ARM迎來了一個強勁的對手——RISC-V。RISC-V指令集與ARM指令集同屬精簡指令集，都具有高性能低功耗的特點，不過RISC-V誕生之處就選擇了開源，而ARM采用的是授權(quán)模式。
RISC-V的開源，可以讓開發(fā)者實現(xiàn)更加靈活的設(shè)計，更容易滿足AIoT市場多樣化的需求，這也是讓ARM感到緊張的關(guān)鍵因素。去年10月，ARM也推出了ARM自定義指令集，以應(yīng)對RISC-V帶來的競爭。
并且，RISC-V正在日益壯大，面向AIoT市場的產(chǎn)品也正在陸續(xù)推出。GreenWaves Technologies率先推出了基于RISC-V的IoT超低功耗處理器，能效上可以實現(xiàn)20倍優(yōu)于市場現(xiàn)有100mW以下同類產(chǎn)品。2019年12月推出的新一代產(chǎn)品性能提高10倍，功耗降低5倍。
RISC-V重要的IP提供商晶心科技總經(jīng)理林志明去年接受雷鋒網(wǎng)采訪時也表示，再花半年推動量產(chǎn)、上市以及軟硬件的整合，2019年下半年和2020年年初開始RISC-V的產(chǎn)品就會比較多的投入市場。
今年年初，SiFive和CEVA宣布合作，以SiFive的RISC-V CPU，CEVA的DSP內(nèi)核，AI處理器和軟件為中心，實現(xiàn)針對批量最終市場的超低功耗領(lǐng)域特定Edge AI處理器的設(shè)計和創(chuàng)建。
因此，由多種因素導(dǎo)致的ARM ML產(chǎn)品發(fā)布的延遲，以及RISC-V陣營的日益強大，ARM在AI以及AIoT時代難免會有些焦慮，480倍的AI性能提升是緩解這種焦慮的一個關(guān)鍵。
生態(tài)優(yōu)勢能否延續(xù)？
當(dāng)被問及去年5月才推出首款出Ethos還有競爭力嗎？Dennis稱，ARM的成功一直以來都得益于生態(tài)系統(tǒng)，對于NPU來說挑戰(zhàn)并不是能夠做出自己的NPU，而是NPU在市場上是不是真的好用。我們已經(jīng)聽到合作伙伴反饋說，希望在硬件上能夠標(biāo)準(zhǔn)化，他們不想支持15種不同的硬件，所以，他們期待有一個標(biāo)準(zhǔn)化的軟件平臺能夠支持。
從構(gòu)建ARM的AI競爭力而言，即便產(chǎn)品推出有些推遲，但ARM多年來構(gòu)建的強大生態(tài)依舊有助于其NPU的成功。并且，ARM也在致力于打造一致的體驗，Cortex-M 軟件開發(fā)工具完整支持最新發(fā)布的Cortex-M55與 Ethos-U55。另外，ARM還與其他開發(fā)工具廠商兼容，并且在算法、軟件與 OS 方面也獲得了伙伴的支持。
更好的軟硬件融合以及一致性的開發(fā)流程確實是一個AI生態(tài)的吸引力所在，也是ARM能夠獲得更多AIoT市場份額的關(guān)鍵。
但對于AIoT的很多應(yīng)用或許并非如此，GreenWaves Technologies CEO Loic Lietar此前對雷鋒網(wǎng)(公眾號：雷鋒網(wǎng))表示：“相比手機、PC以及一些高性能處理器，應(yīng)用于傳感設(shè)備的微控制器對生態(tài)的依賴性沒有那么高。從GreenWaves的角度看，我們基于RISC-V的32位微控制器面向的主要是來自物聯(lián)網(wǎng)等終端市場的邊緣計算需求，一個設(shè)備將長時間重復(fù)運行幾個應(yīng)用, 而并不會像手機或電腦一樣安裝和卸載不同的應(yīng)用程序，因此對軟件兼容性的依賴程度并不是個問題。”
這意味著，ARM強大的生態(tài)在AI以及AIoT時代依舊會繼續(xù)發(fā)揮作用，但對于AIoT市場而言，這種生態(tài)的吸引力到底有多大，現(xiàn)在還不清楚。
當(dāng)然，毋庸置疑的是，ARM作為一家非常成功的半導(dǎo)體公司，其有強大產(chǎn)品以及豐富的經(jīng)驗，在AIoT這個新的市場，ARM也有強大的競爭力。只是，AIoT市場短期內(nèi)難以產(chǎn)生巨頭，某一種處理器也難以在短期內(nèi)壟斷市場，誰是最終的贏家沒有人能準(zhǔn)確預(yù)測。