集成Helium的RA8 MCU支持什么？

Helium性能提升是通過處理寬128位矢量寄存器來實現的，這些寄存器可以通過一條指令保存多個數據元素 （SIMD）。在流水線執行階段，可能會有多個指令重疊。Cortex-M85是一個雙節拍CPU內核，可以在一個時鐘周期內處理兩個32位數據字，如圖1所示。乘法累加操作需要從內存加載到向量寄存器，然后進行乘法累加，這可能會在從內存加載下一個數據的同時發生。加載和乘法的重疊使CPU的性能是同等標量處理器的兩倍，而不會造成面積和功耗上的損失。

圖1 CM85是一個雙拍CPU

這意味著每個時鐘周期可以處理兩個32位字

Helium引入了150條新的標量和矢量指令，用于加速信號處理和機器學習，包括：

低開銷分支擴展（LOBE），用于優化分支和環路操作

允許有條件地執行向量中每個通道的通道預測

用于讀取和寫入非連續內存位置的矢量收集-加載和分散存儲指令，在實現循環緩沖區時很有用

DSP算法中使用的復數的算術運算，例如加法、乘法、旋轉

DSP功能，例如用于FIR濾波器的循環緩沖器、用于FFT實現的位反轉尋址、圖像和視頻處理中的格式轉換

支持有限域算術、加密算法和糾錯的多項式數學

支持音頻/圖像處理中使用的8、16和32位定點整數數據，以及用于信號處理的ML和半精度、單精度和雙精度浮點數據

這些特性使支持Helium的MCU特別適合AI/ML和DSP類型的任務，而無需在系統中使用額外的DSP或硬件AI加速器，從而降低成本和功耗。

采用RA8M1 MCU的語音AI應用

瑞薩在一些AI/ML用例中成功展示了Helium的這種性能提升，與Cortex-M7 MCU相比，性能顯著提升——在某些情況下超過3.6倍。其中一個應用是在RA8M1上運行的語音命令識別用例，它實現了深度神經網絡（DNN），該網絡經過數千種不同的聲音進行訓練，并支持40多種語言。此語音應用程序對簡單的關鍵字識別進行了增強，并支持自然語言理解（NLU）的修改形式，該形式不僅依賴于命令單詞或短語，而是尋找意圖。這樣就可以使用更自然的語言，而不必記住確切的關鍵詞或短語。

語音實現利用了帶有Helium的Cortex-M85內核上提供的SIMD指令。RA8M1具有大容量內存、支持音頻采集，最重要的是，Cortex-M85內核和Helium實現了高性能和ML加速，因此非常適合此類語音AI解決方案。即使該解決方案在有和沒有Helium的情況下初步實現也表明，與基于 Cortex-M7的MCU相比，提高了2倍以上的推理性能，如圖2所示。

圖2 RA8M1 MCU上的語音AI應用展示了CM85在有和沒有 Helium的情況下比CM7的性能改進

很明顯，采用Helium的RA8 MCU無需任何額外的硬件加速即可顯著提高神經網絡性能，從而為實現更簡單的AI和機器學習用例提供了低成本、低功耗的選擇。

RA8系列產品介紹

RA8系列目前已有3款產品量產，包含RA8M1、RA8D1 及RA8T1。

RA8M1

此產品是RA8系列主流通用型MCU，適用于工業自動化、家用電器、智能家居、消費品、樓宇/家居自動化和醫療/保健細分市場中的各種高性能和計算密集型應用場景。同時由靈活軟件包（FSP）和一整套軟硬件開發工具提供全面支持。

RA8D1

此產品針對HMI應用，集成了高性能CM85內核和大內存，以及豐富的外設集，包括帶并行RGB和MIPI-DSI接口的高分辨率TFT-LCD控制器、2D繪圖引擎、16位攝像頭接口和多個外部內存接口，經過優化可滿足各種圖形和視覺AI應用的需求。同時由靈活軟件包（FSP）和一整套軟硬件開發工具提供全面支持。

RA8T1

此產品針對電機應用，不僅集成了高達2MB的大容量閃存、1MB SRAM（包括TCM）、PWM定時器、模擬功能、多種連接功能，還支持高級安全特性和安全功能。RA8T1產品組通過其高性能和豐富的集成功能，在用戶系統上實現高級電機控制或附加功能。RA8T1產品組支持靈活配置軟件包（FSP）和合作伙伴生態系統，以及電機控制評估套件、軟件和工具。

審核編輯：劉清