Arm Cortex-MのAIアクセラレーターってどんな機能？：Q&Aで学ぶマイコン講座（117）（3/3 ページ）

マイコンユーザーのさまざまな疑問に対し、マイコンメーカーのエンジニアがお答えしていく本連載。今回は、初級者の方からよく質問される「Arm Cortex-MのAIアクセラレーター」についてです。

[STマイクロエレクトロニクス，EDN Japan]

Arm Cortex-M55のMVE

　この章では、Arm Cortex-M55にオプションとして提供されているAIアクセラレーター機能のMVEを解説します。

　Arm Cortex-M55はArmv8.1-Mアーキテクチャです。従来のArmv8-Mに、信号処理や機械学習アプリケーション向けMVEなどの新機能が追加されています。Arm Cortex-Mプロセッサ向けのMVEは、「Arm Heliumテクノロジー」^＊2）と呼ばれています。どちらかと言うと、MVE よりもHeliumの名前の方が、世に出回っているので、読者の中には、すでにご存じの方がいるかもしれません。

＊2）：https://www.arm.com/ja/technologies/helium

　Heliumは、新しいベクトル命令セット拡張です。特に次のような処理を高速化することを目的にしています。

• デジタル信号処理（オーディオ処理、センサー処理など）
• 組み込み向けの機械学習推論（キーワードスポッティング、画像分類など）

　従来のArm Cortex-Mプロセッサに比べて、信号処理で最大約5倍、機械学習で最大約15倍の性能向上が見込まれます。

　Heliumは、オプション機能なので、マイコンメーカーがマイコンを製品化する際に機能を選択します。例えばSTM32N6シリーズでは図3に示すように、Heliumを選択しています。

図3：Arm Cortex-M55［クリックで拡大］

　少し難しくなりますが、Heliumの特徴を挙げると次のようになります。

• 128ビット固定長のベクターレジスタ（q0〜q7など）を使用（図4参照）
• 8ビット／16ビット／32ビット整数や単精度浮動小数のベクター演算に対応
• 加算、乗算、MAC、畳み込み系などのDSP向け命令
• ロード／ストア、テーブルルックアップ、圧縮／展開などのメモリアクセス命令
• 述語（マスク）付き演算や条件付ベクター処理

図4：Heliumの拡張レジスタバンク［クリックで拡大］

　プログラミングする際は、C言語で普通にコードを書いて、コンパイラに任せるのが一番簡単な使い方です。GCCやArm Compilerなどでは、Helium対応コンパイラがMVE用バックエンドを持っているため（使用前に確認が必要）、ループベースのDSP／MLコードを自動でベクター化してくれます。