Texas Instruments เปิดตัวไมโครคอนโทรลเลอร์ MSPM0G5187 และ AM13Ex ที่รวม TinyEngine NPU สำหรับงาน Edge AI

Texas Instruments เปิดตัวไมโครคอนโทรลเลอร์สองตระกูลใหม่ ได้แก่ MSPM0G5187 และ AM13Ex มาพร้อมหน่วยประมวลผล TinyEngine Neural Processing Unit (NPU) ของบริษัท เพื่อรองรับการประมวลผล Edge AI / Machine Learning inference บนอุปกรณ์โดยตรง

TI ระบุว่า TinyEngine NPU สามารถรันโมเดล AI ได้โดยมีความหน่วง (Latency) ต่ำลงสูงสุดถึง 90 เท่า และใช้พลังงานต่อการประมวลผลหนึ่งครั้งน้อยลงมากกว่า 120 เท่า เมื่อเทียบกับไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ไม่มี accelerator โดย MSPM0G5187 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ Arm Cortex-M0+ แบบประหยัดพลังงานสำหรับงานทั่วไป ส่วน AM13Ex เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ Arm Cortex-M33 ที่ออกแบบมาสำหรับงาน ควบคุมมอเตอร์แบบเรียลไทม์ โดยเริ่มต้นด้วยรุ่น AM13E23019

TI MSPM0G5187 ไมโครคอนโทรลเลอร์ Cortex-M0+ สำหรับงานทั่วไป

คุณสมบัติและสเปค :

• CPU – Arm Cortex-M0+ @ 80 MHz
• หน่วยความจำ – RAM 32 KB พร้อม ECC
• สตอเรจ – Flash 128 KB พร้อม ECC, Data Flash 8 KB พร้อม ECC
• Accelerators
  • TinyEngine NPU สำหรับ AI/ML ให้ประสิทธิภาพสูงสุด 2.56 GOPS (Giga Operations Per Second) ที่ความถี่ 80 MHz
  • MATHACL ตัวเร่งการคำนวณทางคณิตศาสตร์
• Peripherals
  • USB – 1x USB 2.0 (12 Mbps)
  • Audio – อินเทอร์เฟซเสียงดิจิทัล รองรับ I2S, PCM, TDM และอื่นๆ
  • สูงสุด 59x GPIOs, 2x รองรับแรงดัน 5V
  • สูงสุด 3x UART, 2x SPI, 1x I2C
  • Timers
    • 4x Timer 16-bit รองรับสูงสุด 14x PWM
    • 2x Windowed Watchdog Timer
    • RTC พร้อมโหมด Alarm และ Calendar
  • อะนาล็อก
    • ADC แบบ SAR 12-bit; ADC 26 ช่อง; อัตราการสุ่มสัญญาณสูงสุด 1.6 Mbps
    • Comparator พร้อม DAC 8 พิน
    • เซนเซอร์วัดอุณหภูมิในตัว
  • DMA Controller แบบ 12-bit
• ความปลอดภัย – AES encryption, cryptographic acceleration, hardware-enforced isolation, secure boot, secure communication, secure debug, secure firmware & software update, secure storage, software IP protection
• การดีบัก – SWD แบบ 2 ขา
• แรงดันไฟเลี้ยง – 1.62V ถึง 3.6V
• โหมดพลังงาน
  • RUN – 103µA/MHz (CoreMark)
  • SLEEP – 34µA/MHz
  • STOP – 199µA ที่ 4MHz
  • STANDBY – 1.5µA ที่ 32kHz พร้อม RTC และคงสถานะ SRAM ทั้งหมด
  • SHUTDOWN – 88nA พร้อมความสามารถปลุกระบบผ่านขา I/O
• แพ็กเกจ
  • 64-pin LQFP (PM) (ระยะพิทซ์ 0.5มม.)
  • 48-pin LQFP (PT) (ระยะพิทซ์ 0.5มม.)
  • 48-pin VQFN (RGZ) (ระยะพิทซ์ 0.5มม.)
  • 32-pin VQFN (RHB) (ระยะพิทซ์ 0.5มม.)
  • 28-pin DSBGA (YCJ) (ระยะพิทซ์ 0.35มม.); อยู่ในช่วงพรีวิว
  • 28-pin WQFN (RUY) (ระยะพิทซ์ 0.4มม.)
  • 24-pin VQFN (RGE) (ระยะพิทซ์ 0.5มม.)
  • 20-pin VSSOP (DGS) (ระยะพิทซ์ 0.5มม.)
• ช่วงอุณหภูมิการทำงาน – -40 ถึง 125°C

ตระกูลไมโครคอนโทรลเลอร์ MSPM0G5187 ได้รับการสนับสนุนด้วย MSPM0 SDK ซึ่งรองรับระบบปฏิบัติการ FreeRTOS และ Zephyr RTOS, ไมโครคอนโทรลเลอร์รุ่นนี้ออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์ที่มีทรัพยากรจำกัด (resource-constrained devices) เช่น อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ ซึ่งสามารถนำ AI/ML สำหรับงาน Edge มาประมวลผลได้โดยตรงบนอุปกรณ์ นอกจากนี้บริษัทยังมีชุดบอร์ดพัฒนา LP-MSPM0G5187 Launchpad development kit สำหรับการทดลองและประเมินการใช้งาน โดยบอร์ดมาพร้อมกับ XDS110 debug probe, BoosterPack headers แบบ 40 พิน, พอร์ต USB-C, ช่องใส่ microSD card, ไมโครโฟน 1 ตัว, Audio ADC 1 ตัวรวมถึง LED และปุ่มกดหลายตัว

ไมโครคอนโทรลเลอร์ MSPM0G5187 แบบ Arm Cortex-M0+ พร้อมวางจำหน่ายแล้วในปริมาณการผลิต โดยมีราคาเริ่มต้นต่ำกว่า $1 เมื่อสั่งซื้อจำนวน 1,000 ชิ้นขึ้นไป ส่วนบอร์ดพัฒนา LP-MSPM0G5187 LaunchPad development kit จำหน่ายราคา $22 (~700฿), สามารถดูรายละเอียดเพิ่มเติม รวมถึงเอกสารประกอบและลิงก์สำหรับการสั่งซื้อได้จากหน้าเว็บผลิตภัณฑ์

TI AM13Ex ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arm Cortex-M33 สำหรับงานควบคุมมอเตอร์แบบเรียลไทม์

สเปคของ AM13E23019 :

• CPU – Arm Cortex-M33 core @ สูงสุด 200 MHz พร้อม FPU, MPU,  DSP, 32-bit Trigonometric Math Unit (TMU); 310 DMIPS, 800 Coremark
• หน่วยความจำ
  • RAM 128 KB พร้อม ECC
  • External Peripheral Interface (EPI) รองรับ SDRAM, ASRAM หรืออินเทอร์เฟซภายนอกสำหรับ ASIC/FPGA
• สตอเรจ – Flash สูงสุด 512 KB (2×256 KB) พร้อม ECC
• Accelerator – TinyEngine NPU สำหรับ AI/ML
• Peripherals
  • Flexible System Peripherals
    • DMA Controller แบบ 12 ช่อง
    • Nested Vectored Interrupt Controller (NVIC)
    • สูงสุด 107x GPIO พร้อม Input/Output XBAR connectivity
    • 8x GPIOs รองรับการปลุกระบบจากโหมด Shutdown
    • 1x windowed watchdog timer (WWDT )
    • 2x general-purpose timers: TIMG4 (32-bit), TIMG12 (16-bit)
  • อะนาล็อก
    • 3x 12-bit SAR ADCs สูงสุด 6.67Msps, สูงสุด 32 ช่องต่อ ADC
    • 4x Analog Comparator Sub-systems (CMPSS) พร้อม 2x 10-bit effective DAC และ 2x digital filters
    • 3x Programmable Gain Amplifiers (PGA)
    • รองรับการเชื่อมต่อสัญญาณอนาล็อกแบบโปรแกรมได้ระหว่าง ADC, PGAs, CMPSS และ DAC
  • Real-time Control
    • 5x โมดูล Motor Control Pulse Width Modulation (MCPWM) s
    • 2x โมดูล Enhanced Capture (eCAP)
    • 3x Enhanced Quadrature Encoder Pulse (eQEP)
    • Device Crossbars (INPUTXBAR, OUTPUTXBAR, PWMXBAR) สำหรับกำหนดเส้นทางสัญญาณจาก GPIO ไปยังโมดูลต่าง ๆ
  • อินเทอร์เฟซการสื่อสาร Serial
    • 2x อินเทอร์เฟซ Serial แบบกำหนดค่าได้รองรับ UART (LIN) หรือ I2C (SMBus/PMBus)
    • 4x อินเทอร์เฟซ Serial แบบกำหนดค่าได้รองรับ UART, I2C หรือ SPI
    • 1x Modular Controller Area Network (MCAN) พร้อม Flexible Data-rate (CAN FD)
• ระบบ Clock
  • Oscillator ภายใน4MHz/32MHz (SYSOSC)
  • Oscillator ภายใน 32kHz (LFOSC)
  • System Phase-locked loop (SYSPLL) สูงสุด 200MHz
  • Crystal oscillator ภายนอก 4MHz to 25MHz  (XTAL)
  • สัญญาณ Clock ภายนอก 4MHz ถึง 48MHz (HFCLK)
• ความปลอดภัย – ระบบที่ต้องการมาตรฐาน IEC61508 ระดับ SIL-2 และ SIL-3
• Security
  • Secure Boot/FWU/Debug/JTAG Lock
  • Secure Key Storage and Management
  • Privileged/Non-Privileged resource partitioning
  • Flash Write/Erase/Hide Protections
  • Device Life Cycle Management
  • AES Encryption ขนาด 128-bit หรือ 256-bit
  • Unique Identification Number (UID)
• การขยาย
  • JTAG 4 พิน และ SWD 2 พิน
  • Micro Trace Buffer (MTB)
  • Embedded Trace Macrocell
• แรงดันไฟเลี้ยง  – 3.3V
• โหมดพลังงาน
  • RUN: 49mA @ 200MHz
  • STANDBY: 1.84mA พร้อม Resume CPU และคงสถานะ SRAM 32 KB
  • SHUTDOWN: <5µA ร้อม IO Wake-up
• แพ็กเกจ
  • 128-pin PDT Thin Quad Flat Package (TQFP) (ระยะพิทซ์ 0.4 มม.)
  • 100-pin PZ Low-profile Quad Flat Pack (LQFP) (ระยะพิทซ์ 0.5 มม.)
  • 80-pin PN Low-profile Quad Flat Pack (LQFP) (ระยะพิทซ์ 0.5 มม.)
  • 64-pin PM Low-profile Quad Flat Pack (LQFP) (ระยะพิทซ์ 0.5 มม.)
  • 48-pin PT Low-profile Quad Flat Pack (LQFP) (ระยะพิทซ์ 0.5 มม.)
  • 48-pin RGZ Very Thin Quad Flatpack No-Lead (VQFN)(ระยะพิทซ์ 0.5 มม.)
• ช่วงอุณหภูมิการทำงาน – -40°C ถึง +105°C

ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล AM13Ex รองรับ FreeRTOS, Zephyr RTOS และการพัฒนาแบบ Bare-metal ผ่าน AM13E2 MCU SDK, ชิปนี้ออกแบบมาสำหรับงานควบคุมมอเตอร์ เช่น เครื่องใช้ไฟฟ้า, หุ่นยนต์ และระบบอุตสาหกรรม โดยสามารถใช้ Machine Learning เพื่อทำ Adaptive Control และ Predictive Maintenance ปัจจุบันยังไม่พบชุดบอร์ดพัฒนา (Development Kit) สำหรับชิปนี้

การผลิตจำนวนมากของ AM13E23019 ยัง ไม่เริ่มต้นเต็มรูปแบบ โดย Texas Instruments ระบุว่าปัจจุบันมีให้ในปริมาณ pre-production เท่านั้น ราคาเริ่มต้นที่ $2.45 (~80฿) เมื่อสั่งซื้อ 1,000 ชิ้น ขึ้นไป และสามารถดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้จากหน้าเว็บผลิตภัณฑ์

การรองรับซอฟต์แวร์ TinyEngine

ไมโครคอนโทรลเลอร์ทั้งสองรุ่นได้รับการสนับสนุนโดย Code Composer Studio ของ Texas Instruments ซึ่งมีการใช้ Generative AI เพื่อช่วยเร่งกระบวนการพัฒนาโค้ด การกำหนดค่าระบบ และการดีบัก} ภายใน IDE ยังมีการรวมโมเดลและตัวอย่างแอปพลิเคชันมากกว่า 60 แบบผ่านเครื่องมือ CCStudio Edge AI Studio.

ตัวอย่างโค้ดสำหรับ TinyEngine:

• การจำแนกข้อมูล Time-Series แบบทั่วไป (Generic Time-series Classification)
• การตรวจจับ Arc Fault (AFCI)
• การตรวจจับความผิดปกติของมอเตอร์ (Motor Fault)
• การวิเคราะห์สัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG)

เครื่องมือนี้ยังช่วยให้ผู้ใช้สามารถเก็บข้อมูล (Data Capture), ฝึกสอน (Train) และปรับแต่งโมเดล (Optimize) สำหรับการใช้งานเฉพาะและใช้เฟรมเวิร์กโอเพ่นซอร์สที่มีในระบบ เช่น PyTorch, TensorFlow และ ONNX สามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมและเริ่มต้นพัฒนาได้จากเอกสาร Developer Documentation

แปลจากบทความภาษาอังกฤษ : Texas Instruments MSPM0G5187 and AM13Ex MCUs integrate TinyEngine NPU for Edge AI applications

Suthinee Kerdkaew

บรรณาธิการข่าวและบทความภาษาไทย CNX Software ได้มีความสนใจในด้านเทคโนโลยี โดยเฉพาะ Smart Home และ IoT