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26 - ELETTRONICA OGGI 470 - MAGGIO 2018 Elaborazione neuromorfica low power con Cortex-M3 Francesco Ferrari R ecentemente Eta Compute ha annunciato la sua piattaforma per fornire capacità di elaborazione neuromorfica da utilizzare per applicazioni di ma- chine learning e intelligenza artificiale a livello edge e mo- bile, assicurando però al contempo consumi estremamen- te bassi. Eta Compute ha infatti sviluppato e implementato un design a basso consumo che può offrire, secondo l’a- zienda, un miglioramento fino a 10 volte in termini di effi- cienza energetica. Un aspetto interessante è che per que- sta piattaforma sono stati utilizzati componenti hardware tradizionali, come i core Cortex-M3. L’elaborazione neuro- morfica, infatti, imita sostanzialmente la struttura del cervello che lavora in modo nettamente diverso dai tradizionali processori basati sull’architettura di Von Neumann che usiamo quotidiamente. Proprio per questa differenza, in ter- mini di modalità di elaborazione, gli algoritmi usati da applicazioni AI che usano reti di neuroni artificiali per eseguire compiti complessi spesso necessitano di una potenza di calcolo particolarmente elevata per poter eseguire efficace- mente i loro compiti. Questo comporta un aumento sensibile dei consumi che, a sua volta, rende problematico l’uso di queste applicazioni in dispositivi edge e alimentati tramite batterie. La tecnologia Eta Compute ha sviluppato una nuova piattaforma SoC, realizzata fisicamente con un processo a 55 nm Ultra Low Power di TMSC, combinata con algoritmi neuromorfici personalizzabili. La tecnologia si chiama DIAL e permette di realizzare nuove applicazioni in grado di portare le capacità di machine intelligence a livello edge. L’architettura infatti, contrariamente a quella dei processori tradizionali, è del tipo event-driven. La tecnologia di Eta Compute può, inoltre, essere implementata in qualsiasi fabbrica di semiconduttori senza la necessità di modificare il processo. Eta Compute sottolinea che il processore asincrono Cortex-M3 utilizzato può lavorare a tensioni particolarmente basse, inferiori a 0,3 V, e consumare meno di 1 microwatt. Il sistema utilizza dei level shifter per assicurare la corretta tensione alle me- morie SRAM. La frequenza di clock può essere ridotta a meno di 100 KHz a 0,2 V e passare a 100 MHz con tensioni di 1V. Il power management supporta il dynamic voltage scaling (DVS) che permette di ridurre la tensione fino a 0,25 V con un’efficienza dell’80%. Uno dei componenti più importanti comunque resta il DSP integrato visto che molte appli- cazioni, comprese quelle audio e per l’imaging, possono ottenere diversi vantaggi, per esempio dal punto di vista della riduzione del rumore, dal signal processing. Gli algoritmi sono però la parte più importante del sistema. È interessante notare, inoltre, che l’approccio che prevede l’uso del software per far lavorare una rete neurale su core Cortex-M3 è in controtendenza rispetto alle soluzioni di altri produttori che, invece, puntano su acceleratori hardware. I prodotti e le applicazioni Dal punto di vista dei prodotti, il portafoglio IP realizzato a 55 nm di Eta Compute per ora comprende il processore Arm Cortex-M3 che consuma meno di 1uW pur potendo scalare in frequenza fino a 100 MHz grazie al sistema bre- vettato di DVS, un DSP CoolFlux sviluppato da NXP che lavora su un carico variabile basato su DVS, un convertitore analogico-digitale SAR da 12-bit che consuma 1uW a 200 ksps e un sistema di gestione energetica ottimizzata per of- frire elevata efficienza e bassi consumi. A questi si aggiunge il supporto per blocchi analogici low power come power on reset, rilevatore di brown out, sensori di temperatura e oscillatori. Alcune versioni degli IP di Eta Compute sono realizzate invece con un processo produttivo a 90 nm, sempre di TMSC. In generale, la piattaforma ultra low power di Eta Compute basata su Cortex-M3 permette di accelerare il time to market di dispositivi intelligenti alimentati da piccole batterie e e da sistemi di energy harvesting. Il DSP integrato e la particolare architettura utilizzata permettono di usare questa piattaforma per applicazioni embedded come per esempio sensori smart, image processing, motion detection, e per quelle video e audio, dove ci siano forti limitazioni in termini di consumi di energia Il portafoglio IP di Eta Compute è utilizzabile per una vasta gamma di applicazioni. Alcuni esempi sono costituiti dai misuratori di glucosio, sistemi acquisizione dati a basso consumi, apparecchiature portatili alimentate a batteria, sensori di livello, controlli motore e dispositivi wearable. Grafico dell’andamento dei consumi in base alla frequenza operativa TECH INSIGHT NEWS/TECHNOLOGIES