Intelligent Edge i.MX 9: NXPs neue Applikations-Prozessoren mit KI-Beschleuniger

Autor Michael Eckstein

Mit seinen neuen i-MX-93-Prozessoren will NXP eine „neue Ära der sicheren Edge-Intelligence“ einläuten. Dafür bringen die Chips einige Besonderheiten mit, etwa die EdgeLock Secure Enclave und je nach Modell integrierte Chip-to-Cloud-Sicherheitsservices. Erstmals findet auch die Ethos-U65 Micro Neural Processing Unit als Machine-Learning-Beschleuniger Verwendung.

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Vielfältige Eisnatzmöglichkeiten: Die neue Generation seiner Anwendungsprozessoren hat NXP auf die Bereiche Automotive, Smart Home, Smart Building und Smart Factory ausgerichtet.
Vielfältige Eisnatzmöglichkeiten: Die neue Generation seiner Anwendungsprozessoren hat NXP auf die Bereiche Automotive, Smart Home, Smart Building und Smart Factory ausgerichtet.
(Bild: NXP)

Im März diesen Jahres hatte NXP Semiconductor (NXP) erste Details seiner neuen i.MX-9-Applikationsprozessoren durchblicken lassen. Auffällig war der branchenweit erstmalige Einsatz der Ethos-U65 Micro Neural Processing Unit (microNPU) von ARM zum Beschleunigen von Maschinellem Lernen in Edge-Anwendungen. NXP hatte die Ethos-NPU als ARMs Technologiepartner federführend mitentwickelt. Jetzt sind die ersten Chips der neuen i.MX-9-Prozessorserie verfügbar: die i.MX-93-Familie. Sie ergänzen die i.MX-8M-Plus-Anwendungsprozessoren von NXP.

Mit der i.MX 93-Familie zielt NXP nach eigenen Angaben auf Anwendungen in den Bereichen Automotive, Smart Home, Smart Building und Smart Factory vor. Mithilfe von Maschinellem Lernen sollen die Prozessoren in der Lage sein, die Bedürfnisse der Nutzer zu antizipieren und zu automatisieren.

Die neue i.MX 93-Familie kombiniert die Ethos-U65 microNPU mit „modernster Sicherheit und einem Höchstgrad an Integration, um effizientes, schnelles und sicheres maschinelles Lernen im Edge-Bereich zu ermöglichen“, erklärt NXP in einer Pressemitteilung. Diese Eigenschaften sollen es Entwicklern ermöglichen, ganz unterschiedliche Bereiche zu adressieren – von sprachunterstützten Smart-Home- und Gebäudesystemen bis hin zu Low-Power-Industrie-Gateways und Fahrer-Monitoringsystemen im Fahrzeug.

Treffsichere Entscheidungen direkt vor Ort treffen

Systeme, die Systemeingaben verarbeiten können, um vor Ort intelligente Entscheidungen mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu treffen, sind für das Wachstum der Edge-Technologie nach Ansicht von NXP unerlässlich. Um diese Anforderung zu meistern, nutzt die i.MX 93-Familie eine heterogene Multi-Core-Architektur, die bis zu 2x 1,7 GHz Arm Cortex-A55-Anwendungsprozessoren und ein Echtzeit-Cortex-M33-Mikrocontroller-Subsystem mit vollem Zugriff auf alle SoC-Peripheriegeräte umfasst – einschließlich der bereits erwähnten Ethos-U65-Micro-NPU.

In der von NXP eingesetzten Konfiguration kann diese 256 Multiply-Accumulate-Operationen (MACs) pro Takt ausführen. IN voller Ausbaustufe soll die microNPU bis zu 1 TOPS erreichen, was 512 parallelen Multiply-Accumulate Operationen bei 1 GHz entspricht.

Mit ihrer Architektur sollen die i.MX-93-SoCs in der Lage sein, energieeffiziente Machine-Learning-Leistung für eine Vielzahl von Anwendungen bereitzustellen, einschließlich kompakter, batteriebetriebener IoT-Geräte, die besonders auf gleichzeitig leistungsfähige wie effiziente Prozessoren angewiesen sind, um lange mit einer Batterieladung funktionieren zu können.

Viele Schnittstellen für gute systemübergreifende Anbindung

Die i.MX-93-Familie unterstützt eine Vielzahl von Schnittstellenprotokollen für die industrielle und automobile Konnektivität sowie ein breites Spektrum von Multimedia-Schnittstellen. Dies soll Entwicklern die systemübergreifende Anbindung von i.MX 93-Geräten erleichtern. Außerdem verringert sich laut NXP der Bedarf an externen Hardwarekomponenten und zusätzlicher Entwicklungsarbeit – was wiederum hilft, die Markteinführungszeit zu verkürzen und die Gesamtsystemkosten zu senken.

„Bis zum Jahr 2030 haben wir voraussichtlich 75 Milliarden vernetzte Geräte“, sagt Ron Martino, Executive Vice President und General Manager Edge Processing bei NXP Semiconductors. Daher sei es von entscheidender Bedeutung, jedes einzelne Gerät energieeffizienter, sicherer und intelligenter zu machen. Die hochintegrierten i.MX 93-Prozessoren können seiner Meinung nach dazu beitragen, eine völlig neue Palette von Anwendungen im Edge-Bereich zu erschließen, wo eine direkte Verarbeitung von Sensordaten erforderlich ist, um schnell Entscheidungen zu treffen: „Dies wird eine neue Generation von sicheren, effizienten und intelligenten Geräten für Anwendungen in den Bereichen IoT, industrielle IoT und Automotive ermöglichen.“

Zuverlässige Sicherheit mit NXP EdgeLock und Azure Sphere

Zu den auf dem Chip integrierten Standardfunktionen der i.MX 9-Serie zählt die EdgeLock Secure Enclave von NXP – ein vorkonfiguriertes, selbstverwaltetes und autonomes Sicherheitssubsystem. Auch ohne umfassendes Security-Know-how sollen Entwickler damit die Zielvorgaben für die Gerätesicherheit erreichen.

Ein Problem bei Edge-Geräten ist bislang, dass auch lange nach der ersten Inbetriebnahme die Sicherheit und Integrität des Produkts gewährleistet sein muss. Dafür bietet NXP seine kontinuierlichen Trusted-Management-Services an. NXP hat sich mit Microsoft zusammengetan, um Kunden eine umfassende Chip-to-Cloud-Sicherheitslösung mit der „cloudgesicherten“ i.MX 93-CS-Familie anbieten zu können. Die Lösung wurde mit Microsoft Azure Sphere entwickelt.

Anwender könnten auf eine umfassende Plattform zugreifen, die aktiv von der Erfahrung und dem Know-how der Software-, Cloud- und Sicherheitsexperten von Microsoft unterstützt wird, erklärt Halina McMaster, Partner Group Program Manager, Microsoft Azure Sphere. Dies würde ihnen das Realisieren, Vernetzen und Warten innovativer IoT-Geräte erleichtern.

Over-the-air-Updates und mindestens zehn Jahre Sicherheitsaktualisierungen

„Gemeinsam mit NXP liefern wir eine Vielzahl von Microsoft Azure Sphere-zertifizierten Edge-Prozessoren, die eine sichere Umgebung für Kundenanwendungen, eine kritische Over-the-Air-Update-Infrastruktur und mehr als zehn Jahre laufende Sicherheitsverbesserungen für jeden Azure Sphere-Chip bieten“, sagt McMaster. Die i.MX-93-CS-Chips würden branchenübergreifend neue Möglichkeiten zur Leistungsoptimierung sowie für mehr Nachhaltigkeit und Sicherheit durch neue Klassen von sicheren IoT-Geräten eröffnen.

i.MX-93-CS-Modelle mit Azure Sphere nutzen die Microsoft Pluton Technologie, die in der EdgeLock Secure Enclave implementiert ist. Pluton on EdgeLock Secure Enclave nutzt einen in das Silizium integrierte Hardware-Vertrauensanker als Basis für den gesamten Azure Sphere Security Stack. Er bildet zudem die Grundlage für die Entwicklung hochsicherer Geräte für IoT- und Industrieanwendungen.

Umfangreiche Softwareunterstützung

NXPs eIQ-Softwareentwicklungsumgebung unterstützt das Entwickeln von Machine-Learning-Anwendungen auf der i.MX-93-Familie. Zur Umgebung gehören auch die eIQ-Toolkit-Workflow-Tools, die GUI-basierte eIQ-Portal-Entwicklungsumgebung und eIQ-Inferenz-Engine-Optionen, die die Ethos-U65 microNPU als Inferenzziel einschließen.

Grundlage der i.MX-93-Anwendungsprozessoren ist NXPs Energy-Flex-Architektur. Damit ist es laut Hersteller möglich, den Energieverbrauch für jeden Betriebsmodus zu optimieren, um tragbare Geräte mit längerer Batterielebensdauer zu entwickeln und so den CO2-Ausstoß netzbetriebener Geräte zu verringern. Passend dazu wird die i.MX-93-Familie Teil des Product Longevity-Programms von NXP sein.

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