次世代Armv8.1-Mアーキテクチャが、業界最小の組み込みデバイス向けに、強力な機械学習と信号処理を実現

Arm Cortex-Mプロセッサで機械学習のパフォーマンスを最大15倍向上

英Arm(本社:英国ケンブリッジ、日本法人:神奈川県横浜市、以下Arm)は、Arm Cortex-Mシリーズ・プロセッサ向けのMプロファイル・ベクトル拡張機能(MVE)である「Arm Helium」テクノロジーを発表しました。Arm Heliumは、Arm TrustZoneのセキュアな基盤に基づきArmv8.1-Mアーキテクチャの演算能力を強化し、次世代のArm Cortex-Mプロセッサにおいて、機械学習(ML)のパフォーマンスを最大15倍、信号処理のパフォーマンスを最大5倍向上させます。

発表の概要:
  • 「Arm Helium」テクノロジーは、Armv8.1-Mアーキテクチャに強力な演算機能を提供する、最新のMプロファイル・ベクトル拡張機能
  • 業界最小のエッジデバイス向けに、機械学習タスクで最大15倍、信号処理タスクで最大5倍のパフォーマンス向上を達成
  • 次世代のCortex-Mプロセッサでは、ローカルな意思決定が必要な小型の組み込みデバイスを対象に

「1兆個のデバイスがネットワークでつながる」世界に向けた取り組みは加速し、今後も続くことが予想されます。ネットワークのエッジ側で機能的に制約のあるデバイスが増加する中で必要となるのが、こうしたデバイスの演算機能を効率的に拡大する方法を見つけることです。これらデバイスの演算能力が高まることで、開発者にとっては、機械学習(ML)アプリケーションをデバイスに直接記述し、エッジ側で意思決定を行う機会が直ちに得られ、データのセキュリティを強化しつつ、ネットワークのエネルギー消費量、レイテンシー、帯域幅の使用量を削減することができます。

その実現に向けArmがこのたび発表したArm Heliumテクノロジーは、Arm Cortex-Mシリーズ・プロセッサ向けのMプロファイル・ベクトル拡張機能(MVE)として、Arm TrustZoneのセキュアな基盤に基づき、Armv8.1-Mアーキテクチャの演算能力を強化します。Heliumは、次世代のArm Cortex-Mプロセッサにおいて、MLのパフォーマンスを最大15倍、信号処理のパフォーマンスを最大5倍向上させます。その結果、パフォーマンスの課題によって、低コスト・高エネルギー効率のデバイスの使用がこれまで制限されていた分野において、パートナー企業に新たな市場機会をもたらします。

ワンランク上の演算能力
Arm Neonテクノロジー(*1)を通じて、より高価格のCortex-Aベースのデバイスを対象とした、高度なデジタル信号処理(DSP)の提供が開始しました。このほか、比較的制約の多いアプリケーション向けにも、より高性能のCortex-Mプロセッサ(Cortex-M4、Cortex-M7、Cortex-M33、Cortex-M35P)を対象に、DSPの拡張機能を追加しました。いずれの技術も、特定のアプリケーションでMLの演算能力を加速させるために使用可能です。
*1) https://developer.arm.com/technologies/neon

本ソリューションはこれまで、エネルギー効率の優先度が高い、最も制約の多い組み込みシステムを対象に、CortexプロセッサとSoCのDSPを組み合わせてきましたが、これにより、ハードウェアとソフトウェア両方の設計が複雑化しています。こうしたデバイスにより多くのML機能を実装しようとする際、SoCの開発に関する既存のさまざまな課題は、より厳しいものとなり、異なるツールチェーンの活用、プログラミング、デバッグ、独自仕様の複雑なセキュリティ・ソリューションの作業には、より高度な専門知識が要求されます。

Armv8.1-MとHeliumは、効率性で妥協することなく、リアルタイムの制御コード、ML、DSPの実行機能を提供することで、こうした課題を解消します。その結果、多数のソフトウェア開発者は、インテリジェントなアプリケーションをセキュアに拡張し、より幅広いデバイスでDSP機能を活用できるようになり、「振動と運動」、「音声とサウンド」、「視覚と画像処理」の3つの主要分野では新たなアプリケーションを強力にサポートします。これにより、センサーハブ、ウェアラブル端末、オーディオ機器、産業用アプリケーションなど、Cortex-MとHeliumテクノロジーをベースとした次世代SoCを使用する将来のデバイスでユーザー体験が向上します。

パフォーマンスの向上や開発コストの削減だけでなく、SoCの設計・開発チームには以下のメリットを提供します。
  • 機能の統合による、コスト、消費電力、設計作業の最適化
  • Platform Security Architecture(PSA)仕様に準拠したArmv8.1-Mの設計により、TrustZoneをシンプルに導入
  • 制御と信号処理、両方のソフトウェア開発に単一のツールチェーンで対応
  • 十分に確立されたHeliumエコシステムが、ツール、モデル、ライブラリの包括的なセットを提供。その多くは、現在すでにCortex-Mの開発者に使用されており、ソフトウェアの開発が容易に

ソフトウェア開発をシンプル化
Heliumの統合ツールチェーン、ライブラリ、モデルによって、よりシンプルなソフトウェア開発が可能となります。Heliumのツールチェーンの構成要素であるArm Development Studioは、Arm Keil MDK、Arm Models(コードモデリング用途で開発者向けに提供開始)、CMSIS-DSPやCMSIS-NNなどの各種ソフトウェア・ライブラリを網羅しており、開発者はそれぞれのニーズに最適な選択が可能です。そして、信号処理アプリケーションでは、専用DSPや機能アクセラレーターの必要性をなくし、設計の複雑化を解消することで、さらなるシンプル化を実現します。

次世代の組み込み/IoTデバイスをサポート
Heliumは、フレームワークやライブラリからハードウェアまでをサポートすることで、ArmのProject TrilliumがMLアプリケーションに価値をもたらす最新の事例です。すべてのSoC開発者は、パフォーマンス、実装面積、消費電力、コストの制約の異なる環境でイノベーションを実現する必要があり、あらゆる用途に適合する単一の製品はありません。

Helium用のツールチェーンとモデルは本日より提供を開始し、Heliumのシリコンへの搭載は、今後2年以内の実現を予想しています。ホワイトペーパー(*2)では、Armv8.1-Mアーキテクチャのすべての強化機能に関する情報を紹介しています。Heliumに関する詳細と開始方法については、以下リンク先(英文)(*3)をお読みください。
*2) https://pages.arm.com/introduction-armv8.1m.html
*3) https://community.arm.com/processors/b/blog/posts/arm-helium-the-new-vector-extension-for-arm-m-profile-architecture

Armについて
Armのテクノロジーは、コンピューティングとコネクティビティの革命の中心として、人々の暮らしや企業経営のあり方に変革を及ぼしています。そのエネルギー効率に優れた高度なプロセッサ設計は、1,300億個以上のチップを通してインテリジェントなコンピューティングを実現してきました。Armのテクノロジーは各種センサーからスマートフォン、スーパーコンピュータまで、さまざまな製品をセキュアにサポートしており、世界人口の70%以上に使用されています。さらに、このテクノロジーにIoTソフトウェアやデバイス管理プラットフォームを組み合わせ、顧客がコネクテッドデバイスからビジネス価値を生み出すことを可能にしています。Armは現在1,000社以上のテクノロジーパートナーとともに、チップからクラウドまで、演算が行われるあらゆる分野における設計、セキュリティ、管理を支える技術の最先端を担っています。

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