“AI熱潮”中，以GPU為首的芯片把握著AI技術(shù)發(fā)展的“命脈”、推進(jìn)著技術(shù)不斷迭代。與此同時(shí)，AI的發(fā)展也已開始反哺芯片制造，如今更出現(xiàn)了首個(gè)完全由AI設(shè)計(jì)的CPU，短短5個(gè)小時(shí)內(nèi)便生成了一個(gè)工業(yè)規(guī)模的RISC-V CPU核心。

日前，中科院計(jì)算所的處理器芯片全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及其合作單位，用AI技術(shù)設(shè)計(jì)出了32位RISC-V CPU“啟蒙1號(hào)”——這是世界上首個(gè)無人工干預(yù)、全自動(dòng)生成的CPU芯片。

(資料圖片僅供參考)

這顆CPU采用65nm工藝，頻率達(dá)到300MHz，并可運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，性能與Intel 80486SX相當(dāng)，設(shè)計(jì)周期則縮短至1/1000。

在AI技術(shù)的幫助下，研究人員5個(gè)小時(shí)就生成了400萬邏輯門，有行業(yè)媒體指出，這是目前GPT-4所能設(shè)計(jì)的電路規(guī)模的4000倍之大。

該團(tuán)隊(duì)表示，其訓(xùn)練過程需要不到5個(gè)小時(shí)，便能達(dá)到>99.999999999%的驗(yàn)證測試準(zhǔn)確性。

“啟蒙1號(hào)”是基于BSD二元猜測圖（Binary Speculation Diagram）算法設(shè)計(jì)而來。研究人員通過AI技術(shù)，直接從“輸入-輸出（IO）”自動(dòng)生成CPU設(shè)計(jì)，而無需工程師提供任何代碼或自然語言描述。

換言之，其將CPU自動(dòng)設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為“滿足輸入-輸出規(guī)范的電路邏輯生成問題”，僅需要測試用例，便可以直接生成滿足需求的電路邏輯，去除了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中的邏輯設(shè)計(jì)與驗(yàn)證環(huán)節(jié)。

圖|傳統(tǒng)CPU設(shè)計(jì)流程與全自動(dòng)CPU設(shè)計(jì)流程

值得注意的是，這一方法甚至自主發(fā)現(xiàn)了馮·諾依曼架構(gòu)（一種將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的電腦設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)）。

該CPU已于2021年12月流片，回片后成功運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)和SPEC CPU 2000程序，相關(guān)論文則在今年6月末發(fā)布。

▌芯片巨頭競相應(yīng)用AI幫助芯片設(shè)計(jì)

先進(jìn)芯片制造必須經(jīng)歷1000多個(gè)步驟。每個(gè)階段都需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，每一步都必須近乎完美，CPU設(shè)計(jì)制造自然也是如此。在這項(xiàng)頗具挑戰(zhàn)性的工作中，通常需要工程師團(tuán)隊(duì)編寫代碼，之后在EDA工具的輔助下完成電路設(shè)計(jì)。在此過程中，還少不了反復(fù)測試與驗(yàn)證優(yōu)化。

正是由于過程極為復(fù)雜繁瑣，且極為耗費(fèi)人力物力，一項(xiàng)大型芯片設(shè)計(jì)項(xiàng)目有時(shí)候甚至需要數(shù)月甚至數(shù)年時(shí)間才能完成——以英特爾K486 CPU為例，僅僅驗(yàn)證階段便需要190天。

隨著AI技術(shù)發(fā)展，越來越多的公司開始將其引入芯片設(shè)計(jì)制造。

英偉達(dá)創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛強(qiáng)調(diào)了英偉達(dá)加速計(jì)算和AI解決方案在芯片制造中的潛力，他認(rèn)為芯片制造是加速計(jì)算和AI計(jì)算的“理想應(yīng)用”。

另一芯片巨頭AMD首席技術(shù)官M(fèi)ark Papermaster也透露，目前AMD在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、測試與驗(yàn)證階段均已開始應(yīng)用AI，未來計(jì)劃在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域更廣泛地使用生成式AI。同時(shí)，AMD已在試驗(yàn)GitHub Copilot（由GitHub和OpenAI合作開發(fā)），并研究如何更好地部署這一AI助手。

日本半導(dǎo)體企業(yè)Rapidus社長小池淳義表示，將引進(jìn)人工智能和自動(dòng)化技術(shù)，以約500名技術(shù)人員確立量產(chǎn)工序。公司已有人才、設(shè)備、技術(shù)齊備的頭緒，預(yù)計(jì)2027年啟動(dòng)量產(chǎn)。

的確，在芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，AI“做得很好”，可以無限迭代，直至得出最佳解決方案。不止于此，在迭代的同時(shí)，AI還會(huì)學(xué)習(xí)，它會(huì)研究通過什么模式能創(chuàng)造最優(yōu)設(shè)計(jì)，因此AI實(shí)際上加快了芯片設(shè)計(jì)優(yōu)化布局的速度，并帶來更高性能與更低能耗。而在驗(yàn)證與測試環(huán)節(jié)，AI也能最大限度地提高測試覆蓋率、節(jié)省時(shí)間。

至于AI會(huì)不會(huì)奪走芯片研發(fā)工程師的“飯碗”？AMD首席技術(shù)官Papermaster給出的答案是否定的，他認(rèn)為AI不會(huì)取代芯片設(shè)計(jì)師，其將作為輔助工具，有著巨大潛力幫助加速設(shè)計(jì)。

（文章來源：科創(chuàng)板日報(bào)）

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