在當(dāng)前持續(xù)演進的物聯(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)備帶來先進的計算功能，進而滿足這一需求，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 64KB 的 L1 緩存和高達 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 上進行處理，并利用 Neon/SVE2 引擎進行加速。

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 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 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)域的各個細分市場提供了卓越的可擴展性和多樣化。

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