XMOS 推出 Xcore.ai：低成本跨界处理器赋能边缘 AI 推理

英国布里斯托尔——XMOS 重新设计其 Xcore 处理器内核以适配机器学习，推出 Xcore.ai，一款面向 AIoT 设备的跨界处理器。量产价低至 $1，以紧凑低功耗封装提供高性能推理。

Xcore.ai 是基于专有 Xcore 架构的第三代产品。专为边缘设备实时 AI 推理和决策而设计，同时处理信号处理、控制和通信任务。

与前代不同，三代芯片引入支持机器学习工作负载的向量流水线。它是同类唯一原生运行二值化（1-bit）神经网络的跨界处理器——这项新兴技术以微小精度折换为代价，为超低功耗边缘 AI 带来数量级性能和内存密度提升。Xcore.ai 还支持 32/16/8-bit 数据类型。

Xcore.ai 加入面向端点应用的新类 AI 能力 SoC——跨界处理器（图片来源：XMOS）

Xcore.ai 属于新兴的具备 AI 能力的端点处理器类别——跨界处理器。该术语由 NXP 提出，指融合应用处理器性能与微控制器低功耗实时操作的器件。

“客户常认为微控制器是售价 75 美分以下、约 100 MIPS 的 Cortex-M0/M3/M4；而 SoC 可能搭载 GHz 级四核 A53。两极间存在巨大鸿沟——特别是语音中心工作负载需数千 MIPS。这个中间层值得拥有自己的名字，”XMOS CEO Mark Lippett 在接受 EETimes 专访时表示。

语音界面

XMOS 第二代 XVF3510 于 2019 年 7 月发布，是基于同款 Xcore 设计的语音界面 ASIC。基于 XVF3510 的参考方案已通过 Amazon Alexa 语音服务认证。

凭借 XMOS 在语音领域的积累，Xcore.ai 将首瞄准需要 AI 进行关键词唤醒或动态词典功能的语音界面应用。

“语音仍是边缘最关键的 AI 工作负载，未来多年大概率保持这一地位，”Lippett 说。“为提升语音体验，设备将变得越来越多模态，集成额外传感器提供上下文——如检测人员存在或语音方向。”

Mark Lippett（图片来源：XMOS）

“通过超越音频的监听和利用多模态数据，有大量机会改善用户体验，”他补充道。

隐私、安全和安全要求常规定处理必须在端点完成。Lippett 举例：利用语音和雷达的家电，当厨房仅有儿童时禁用烤箱。

为支持快速开发，Xcore.ai 将附带语音界面创建库，同时提供客户自定义方案的灵活性。也提供 MIPI 接口用于摄像头输入。

Xcore 架构

Xcore.ai 最高提供 3,200 MIPS、51.2 GMACCs 和 1,600 MFLOPS。包含 1 MB 片上 SRAM 和低功耗 DDR 接口用于扩展。

对比同频 Cortex-M7 器件，XMOS 称 Xcore.ai AI 性能提升 32 倍，DSP 性能提升 15 倍。

“端点市场价格性能比至关重要，”Lippett 强调。“我们激进定价 Xcore.ai 量产价 $1，约为同级 Cortex-M7 一半成本，却提供巨大性能优势。”

Xcore 基于逻辑核阵列排布，含内存、ALU 和向量单元（图片来源：XMOS）

Xcore.ai 基于 XMOS 专有 Xcore 架构。内核包含可分配给 I/O、DSP、控制或 AI 功能的逻辑核。每 Tile 含八逻辑核，每芯片两 Tile，共享内存、ALU 和向量单元。

“Xcore 独特之处在于资源的可预测共享，”Lippett 解释。“架构多核不仅为加速工作负载，更为关键功能分配专用资源，确保确定性时序。”

将不同功能映射到固件中的逻辑核，实现完全软件定义的“虚拟 SoC”。例如一核处理 I²S、I²C 和 LED 驱动，其他核跑神经网络和传统软件任务。这种软件中心方法加速开发，满足 IoT 动态需求，降低成本——甚至利基市场也能经济可行。

映射到 Xcore.ai 器件的示例应用（图片来源：XMOS）

“市场需求功能范围更广，企业需快速响应，”Lippett 说。“构建可能不适配任何细分的通用平台风险大。用 Xcore.ai，厂商能快速推出设备，降低 CAPEX，做更小、更聚焦的押注。”

XMOS 如何应对进入跨界处理器领域的大厂微控制器厂商？

“我们不会复制基于 ARM 的 SoC，”Lippett 说。“唯一竞争方式是架构优势——Xcore 固有的性能和灵活性。”