XMOS Lança Xcore.ai: Processador Crossover de Baixo Custo para Inferência de IA na Edge

BRISTOL, UK — A XMOS re-projetou seu núcleo de processador Xcore para machine learning, lançando o Xcore.ai, um processador crossover projetado para dispositivos AIoT. Com preço a partir de apenas $1, o chip promete inferência de alto desempenho em pacote compacto e de baixo consumo.

O Xcore.ai representa a terceira geração de produtos XMOS baseados em sua arquitetura proprietária Xcore. É projetado para inferência e tomada de decisão de IA em tempo real em dispositivos edge, enquanto também lida com processamento de sinal, controle e tarefas de comunicação.

Diferente de iterações anteriores, o chip de terceira geração incorpora um pipeline vetorial que suporta cargas de trabalho de machine learning. É o único processador crossover de seu tipo a rodar nativamente redes neurais binarizadas (1-bit) — uma tecnologia emergente que oferece ganhos de ordem de grandeza em desempenho e densidade de memória para IA edge de ultra-baixo consumo, com modesto trade-off em precisão. O Xcore.ai também acomoda tipos de dados de 32, 16 e 8 bits.

O Xcore.ai junta-se a uma nova classe de system-on-chips com capacidade de IA para aplicações de endpoint, o processador crossover (Imagem: XMOS)

O Xcore.ai faz parte de uma classe emergente de processadores de endpoint com capacidade de IA, conhecidos como processadores crossover. Cunhado pela NXP, o termo descreve dispositivos que combinam o desempenho de um processador de aplicação com a operação de baixo consumo e tempo real de um microcontrolador.

"Clientes frequentemente veem microcontroladores como chips Cortex-M0, M3 ou M4 que custam menos de 75¢ e entregam cerca de 100 MIPS. SoCs, por outro lado, podem ter núcleos quad-A53 rodando a gigahertz. Há um gap significativo entre estes extremos — particularmente para cargas de trabalho centradas em voz que demandam milhares de MIPS. Esta camada intermediária merece seu próprio nome", disse Mark Lippett, CEO da XMOS, em entrevista exclusiva ao EETimes.

Interfaces de Voz

O XVF3510 de segunda geração da XMOS, lançado em julho de 2019, é um ASIC para interfaces de voz construído no mesmo design Xcore. Soluções de referência baseadas no XVF3510 já estão qualificadas para o Alexa Voice Service da Amazon.

Dado o histórico da XMOS em voz, o chip Xcore.ai inicialmente visará aplicações de interface de voz que requerem IA para detecção de palavra-chave ou funções de dicionário dinâmico.

"Voz permanece a carga de trabalho de IA mais crítica na edge, e provavelmente continuará assim por anos", disse Lippett. "Para aprimorar experiências de voz, dispositivos se tornarão cada vez mais multimodais, integrando sensores adicionais para fornecer contexto — como detectar a presença de uma pessoa ou a direção de sua fala."

Mark Lippett (Imagem: XMOS)

"Há muitas oportunidades para melhorar a experiência do usuário ouvindo além do áudio e aproveitando dados multimodais", ele adicionou.

Requisitos de privacidade, segurança e segurança frequentemente ditam que o processamento seja realizado no endpoint. Lippett ilustrou isso com eletrodomésticos que usam voz e radar para desligar um forno quando apenas crianças estão presentes na cozinha.

Para suportar desenvolvimento rápido, o Xcore.ai será enviado com bibliotecas para criação de interface de voz, enquanto oferece flexibilidade para clientes projetarem soluções customizadas. Uma interface MIPI também está disponível para entrada de câmera.

Arquitetura Xcore

O chip Xcore.ai entrega até 3.200 MIPS, 51,2 GMACCs e 1.600 MFLOPS. Inclui 1 MB de SRAM embutido e interface DDR de baixo consumo para expansão.

Contra um dispositivo Cortex-M7 comparável operando em frequência similar, a XMOS afirma que o Xcore.ai entrega 32× o desempenho de IA e 15× o desempenho de DSP.

"No mercado de endpoint, preço-desempenho é primordial", enfatizou Lippett. "Precificamos agressivamente o Xcore.ai a $1 em volume. Aproximadamente metade do custo de um Cortex-M7 comparável, oferece vantagem dramática de desempenho."

O Xcore baseia-se em núcleos lógicos organizados em tiles com memória, ALUs e unidades vetoriais (Imagem: XMOS)

O Xcore.ai é construído na arquitetura proprietária Xcore da XMOS. O núcleo compreende núcleos lógicos que podem ser atribuídos a I/O, DSP, controle ou funções de IA. Cada tile contém oito núcleos lógicos, dois tiles por chip, e memória compartilhada, ALUs e uma unidade vetorial.

"O que diferencia o Xcore é o compartilhamento previsível de recursos", explicou Lippett. "A arquitetura é multi-core não apenas para acelerar cargas de trabalho, mas para alocar recursos dedicados a funções críticas, garantindo timing determinístico."

Mapear funções distintas a núcleos lógicos em firmware permite um "SoC virtual" totalmente definido por software. Por exemplo, um núcleo pode lidar com I²S, I²C e drivers de LED, enquanto outros processam redes neurais e realizam tarefas de software tradicionais. Esta abordagem centrada em software acelera desenvolvimento, atende às demandas dinâmicas de IoT e reduz custo — permitindo soluções econômicas mesmo em mercados de nicho.

Exemplo de aplicação mapeada em dispositivo Xcore.ai (Imagem: XMOS)

"O mercado demanda uma gama mais ampla de recursos, e empresas precisam responder rapidamente", disse Lippett. "Construir uma plataforma genérica que pode não se encaixar em nenhum segmento é arriscado. Com Xcore.ai, fabricantes podem lançar dispositivos rapidamente com menor CAPEX e fazer apostas menores e mais direcionadas."

Como a XMOS competirá contra grandes fabricantes de microcontroladores entrando no espaço de processadores crossover?

"Não vamos replicar SoCs baseados em ARM", disse Lippett. "A única forma de competir é através de vantagem arquitetural — desempenho e flexibilidade inerentes ao Xcore."