采用新型存儲(chǔ)的MPU，在AI時(shí)代能發(fā)揮什么作用

在過(guò)去十年當(dāng)中，隨著人工智能技術(shù)的成熟，智能化應(yīng)用場(chǎng)景得以不斷擴(kuò)大。推動(dòng)這次AI發(fā)展的是算力的大幅提升、算法的不斷優(yōu)化以及數(shù)據(jù)的海量增長(zhǎng)，而這不僅需要相關(guān)芯片提升計(jì)算性能，也需要存儲(chǔ)技術(shù)的升級(jí)來(lái)進(jìn)一步支撐AI的發(fā)展。

因此，在近兩年中，我們也看到了一些新型的存儲(chǔ)技術(shù)出現(xiàn)在了市場(chǎng)當(dāng)中。對(duì)于這些新型存儲(chǔ)產(chǎn)品，他們的發(fā)展情況如何，哪些應(yīng)用場(chǎng)景能夠促使他們實(shí)現(xiàn)商用落地，這些問(wèn)題或許更值得我們?nèi)リP(guān)注。

在談及AI時(shí)代下的新型存儲(chǔ)產(chǎn)品，首先要了解AI的到來(lái)，對(duì)存儲(chǔ)技術(shù)提出了哪些新的需求。

華邦電子是中國(guó)臺(tái)灣最大的DRAM廠商，同時(shí)他們也是全球SPI NOR Flash的主要供應(yīng)商之一，專(zhuān)注于利基型 DRAM 和 NOR Flash 等存儲(chǔ)業(yè)務(wù)的他們，對(duì)于AI時(shí)代的到來(lái)有著更為深刻的理解。

華邦電子DRAM產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)部經(jīng)理曾一峻在接受半導(dǎo)體行業(yè)觀察的采訪時(shí)提到：“最初行業(yè)認(rèn)為AI將發(fā)生在云端，但是在接下來(lái)兩年中，邊緣計(jì)算則更加盛行。究其原因，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)量的增多，使得云端數(shù)據(jù)處理的負(fù)荷過(guò)大，因而，數(shù)據(jù)處理開(kāi)始向邊緣計(jì)算轉(zhuǎn)移。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，就需要RAM來(lái)提供支持，但邊緣端無(wú)法像云端那樣可以把存儲(chǔ)器無(wú)限制地?cái)U(kuò)張，所以需要對(duì)AI網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行壓縮。”

“目前市場(chǎng)上有很多工具可以對(duì)AI模型進(jìn)行壓縮，甚至可以控制在10MB以下，在這樣的情況下Micro Controller就可以利用這樣的很小型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)做AI運(yùn)算。”曾一峻指出：“當(dāng)然，Micro Controller里面不會(huì)配置擁有高容量的SRAM，因?yàn)槌杀咎摺Ｋ运蜁?huì)采用外掛內(nèi)存的處理方式。為應(yīng)對(duì)這種市場(chǎng)需求，華邦電子推出了新型存儲(chǔ)產(chǎn)品HyperRAM。

據(jù)了解，作為華邦新推出的產(chǎn)品線，HyperRAM的應(yīng)用范圍非常廣。HyperRAM 2.0e的帶寬最高為1GB/s，運(yùn)行功耗低于50微瓦，除此之外，HyperRAM的待機(jī)功耗也很低。所以，它在Micro Controller與AI結(jié)合的新型應(yīng)用上會(huì)越來(lái)越普遍，也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

據(jù)曾一峻介紹，通過(guò)目前與華邦合作的客戶來(lái)看，與HyperRAM相搭配的主要是Cortex-M7或者M(jìn)5之類(lèi)的微控制器，或是一些其他的MPU，應(yīng)用則是以KWS（Key Word Spotting）或者是簡(jiǎn)易的圖像識(shí)別為主要落地場(chǎng)景。而就未來(lái)來(lái)看，從今年年底到明年開(kāi)始，智能手表會(huì)陸續(xù)采用HyperRAM，此外，智能音箱、智能家居、工業(yè)用人機(jī)界面，甚至汽車(chē)儀表也都有可能進(jìn)一步推動(dòng)該存儲(chǔ)產(chǎn)品的商用落地。

華邦64Mb HyperRAM容量大概等于8MB。這也是華邦本次和瑞薩合作所采用的產(chǎn)品容量。接下來(lái)華邦會(huì)將HyperRAM的容量延伸到128Mb甚至256Mb，可以存儲(chǔ)更多圖像數(shù)據(jù)或者更多AI模型。并且根據(jù)華邦的預(yù)期，未來(lái)這兩三年AIoT的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

AI時(shí)代同樣對(duì)于閃存產(chǎn)品有著新的要求，而對(duì)于閃存產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，終端用戶永遠(yuǎn)都會(huì)期待閃存產(chǎn)品擁有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即PCB占地小，成本低，組合多樣化，而華邦的SpiStack產(chǎn)品家族則可以充分滿足這些需求。

據(jù)華邦電子閃存產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)部經(jīng)理黃信偉介紹，華邦的SpiStack擁有三大優(yōu)點(diǎn)：硬件兼容、成本優(yōu)勢(shì)、優(yōu)良質(zhì)量。通過(guò)將NOR芯片和NAND芯片堆疊到一個(gè)封裝中，可使設(shè)計(jì)人員能夠靈活地將代碼存儲(chǔ)在 NOR 芯片中，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在NAND芯片，進(jìn)而賦能AI系統(tǒng)的發(fā)展。

在智能化的推動(dòng)下，MPU也發(fā)生了一些變化，尤其是在2017年之后，智能MPU慢慢進(jìn)入了大眾的視野，其中就包括瑞薩在2018年發(fā)布的針對(duì)MPU的動(dòng)態(tài)可配置處理器DRP。

據(jù)了解，DRP是瑞薩獨(dú)有的自研加速核，高速、低功耗以及高設(shè)計(jì)自由度是DRP三大核心優(yōu)勢(shì)。尤其是在AI加速方面，據(jù)瑞薩電子中國(guó)企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)部經(jīng)理 Anson Ip介紹道：“集成了DRP的產(chǎn)品在速度上可媲美市場(chǎng)上現(xiàn)有的AI加速器的速度，但是它在低功耗方面則表現(xiàn)得更為突出。”

同時(shí)，伴隨著AI時(shí)代帶來(lái)的，還有MPU。根據(jù)IC Insights發(fā)布2021年版的McClean Report中顯示，2020年，MPU的銷(xiāo)售增長(zhǎng)主要是由于對(duì)便攜式計(jì)算機(jī)和功能強(qiáng)大的大屏幕智能手機(jī)的強(qiáng)勁需求。與此同時(shí)，市場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)擴(kuò)展方面的投資也在加大，這也促進(jìn)了全球MPU的銷(xiāo)售額在2020年中實(shí)現(xiàn)了雙位數(shù)的增長(zhǎng)。ICinsights預(yù)測(cè)，到2021年，預(yù)計(jì)MPU市場(chǎng)總增長(zhǎng)將略微回落，并實(shí)現(xiàn)95％以上的平均增幅，達(dá)到955億美元。

為順應(yīng)這種市場(chǎng)趨勢(shì)，瑞薩也推出了RZ/A2M系列MPU。而上文所提到的DRP也是瑞薩電子RZ/A2M系列MPU中的重點(diǎn)功能之一。據(jù)介紹，RZ/A2M的基礎(chǔ)是ARM Cortex-A9 528MHz MPU，和其他的MPU一樣，有一些共通的外設(shè)，但是比較特殊的是瑞薩同時(shí)配置了兩個(gè)網(wǎng)口，兩個(gè)USB，兩個(gè)SDHI，還有一些security，以及區(qū)別于其他MPU廠商的DRP硬件加速內(nèi)核。Anson表示：“因?yàn)镈RP本身是一個(gè)硬件加速，因此它可以比一般的CPU快10倍左右。”

從應(yīng)用層面上看，瑞薩RZ/A2M微處理器適用于人機(jī)界面(HMI)，尤其是帶有攝像頭的HMI應(yīng)用。RZ/A2M還支持廣泛應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口(MIPI)。

隨著AI場(chǎng)景的不斷演進(jìn)，新興技術(shù)之間也需要互相融合，才能發(fā)揮更大的作用。Anson指出，就RZ/A2M來(lái)說(shuō)，RZ/A2M內(nèi)部配有一個(gè)4MB的SRAM，這可以使它可用于比較簡(jiǎn)單的應(yīng)用，例如一些HMI（人機(jī)交互界面），或者是簡(jiǎn)單的控制應(yīng)用。面向現(xiàn)在嵌入式AI系統(tǒng)，4MB的內(nèi)存容量在某些情況下是不夠的。因而在控制成本的前提下，采用外掛式的存儲(chǔ)能夠滿足市場(chǎng)的現(xiàn)階段發(fā)展需求。這種市場(chǎng)趨勢(shì)，也為華邦和瑞薩提供了合作的機(jī)會(huì)。

日前，華邦電子宣布，正式確認(rèn)華邦HyperRAM和SpiStack (NOR+NAND) 產(chǎn)品能夠與瑞薩基于Arm 內(nèi)核的RZ/A2M 微處理器 (MPU) 搭配使用，可助力其加速構(gòu)建嵌入式AI系統(tǒng)。

具體來(lái)看，華邦HyperRAM可作為工作內(nèi)存使用，更適合AIoT設(shè)備的嵌入式AI和圖像處理應(yīng)用。SpiStack 中的NOR 芯片可存儲(chǔ)RZ/A2M 的啟動(dòng)代碼和應(yīng)用程序代碼，NAND芯片可存儲(chǔ)嵌入式AI學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和相機(jī)圖像等多個(gè)大型數(shù)據(jù)。

曾一峻表示，MPU的電路板往往都很小，這類(lèi)PCB的引腳數(shù)較小，但同時(shí)又需要滿足低功耗的需求，在這種情況下，華邦的HyperRAM便可以滿足他們的需求。尤其因?yàn)樵诘皖l（low frequency）的情況下，微控制處理器其實(shí)它并不需要特殊的DRAM去做控制，一般的GPIO在低時(shí)鐘頻率，如100MHz以下，GPIO就可以模擬出HyperRAM控制功能。所以對(duì)于微控制處理器來(lái)講非常適合采用HyperRAM產(chǎn)品。

除此之外，針對(duì)AI應(yīng)用場(chǎng)景下，“讀取速度”也是微控制處理器中的很重要考量點(diǎn)之一。與此同時(shí)，還要滿足微控制處理器面積小，成本低等需求。而華邦的SpiStack產(chǎn)品則為這種市場(chǎng)需求提供了可能性。

在這些方面的優(yōu)勢(shì)，使得瑞薩與華邦之間的合作變得順理成章。據(jù)曾一峻介紹，在瑞薩導(dǎo)入了HyperRAM的過(guò)程中，并沒(méi)有遇到什么設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)。因?yàn)槿A邦HyperRAM在引腳數(shù)量相比傳統(tǒng)的RAM大大減少，整個(gè)設(shè)計(jì)都比傳統(tǒng)的RAM更方便，同時(shí)性能更好，PCB占地面積更小。

瑞薩電子方面也表示：“瑞薩高性能 RZ/A2M（DRP 技術(shù)）與華邦 HyperRAM和SpiStack的結(jié)合，為嵌入式 AI 系統(tǒng)提 供了完美的解決方案，可實(shí)現(xiàn)快速圖像處理,系統(tǒng)小型化, 低功耗、和簡(jiǎn)化PCB 設(shè)計(jì)。”

華邦和瑞薩相信，通過(guò)兩者之間的合作，他們將在AI時(shí)代，得到更多的發(fā)展機(jī)會(huì)。