“AI熱潮”中,以GPU為首的芯片把握著AI技術(shù)發(fā)展的“命脈”、推進著技術(shù)不斷迭代。與此同時,AI的發(fā)展也已開始反哺芯片制造,如今更出現(xiàn)了首個完全由AI設(shè)計的CPU,短短5個小時內(nèi)便生成了一個工業(yè)規(guī)模的RISC-V CPU核心。
日前,中科院計算所的處理器芯片全國重點實驗室及其合作單位,用AI技術(shù)設(shè)計出了32位RISC-V CPU“啟蒙1號”——這是世界上首個無人工干預(yù)、全自動生成的CPU芯片。
(資料圖片僅供參考)
這顆CPU采用65nm工藝,頻率達到300MHz,并可運行Linux操作系統(tǒng),性能與Intel 80486SX相當,設(shè)計周期則縮短至1/1000。
在AI技術(shù)的幫助下,研究人員5個小時就生成了400萬邏輯門,有行業(yè)媒體指出,這是目前GPT-4所能設(shè)計的電路規(guī)模的4000倍之大。
該團隊表示,其訓練過程需要不到5個小時,便能達到>99.999999999%的驗證測試準確性。
“啟蒙1號”是基于BSD二元猜測圖(Binary Speculation Diagram)算法設(shè)計而來。研究人員通過AI技術(shù),直接從“輸入-輸出(IO)”自動生成CPU設(shè)計,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自動設(shè)計問題轉(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)計流程中的邏輯設(shè)計與驗證環(huán)節(jié)。
圖|傳統(tǒng)CPU設(shè)計流程與全自動CPU設(shè)計流程
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器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的電腦設(shè)計概念結(jié)構(gòu))。
該CPU已于2021年12月流片,回片后成功運行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
先進芯片制造必須經(jīng)歷1000多個步驟。每個階段都需要進行復(fù)雜的計算,每一步都必須近乎完美,CPU設(shè)計制造自然也是如此。在這項頗具挑戰(zhàn)性的工作中,通常需要工程師團隊編寫代碼,之后在EDA工具的輔助下完成電路設(shè)計。在此過程中,還少不了反復(fù)測試與驗證優(yōu)化。
正是由于過程極為復(fù)雜繁瑣,且極為耗費人力物力,一項大型芯片設(shè)計項目有時候甚至需要數(shù)月甚至數(shù)年時間才能完成——以英特爾K486 CPU為例,僅僅驗證階段便需要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)計制造。
英偉達創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛強調(diào)了英偉達加速計算和AI解決方案在芯片制造中的潛力,他認為芯片制造是加速計算和AI計算的“理想應(yīng)用”。
另一芯片巨頭AMD首席技術(shù)官Mark Papermaster也透露,目前AMD在半導體設(shè)計、測試與驗證階段均已開始應(yīng)用AI,未來計劃在芯片設(shè)計領(lǐng)域更廣泛地使用生成式AI。同時,AMD已在試驗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。
日本半導體企業(yè)Rapidus社長小池淳義表示,將引進人工智能和自動化技術(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2027年啟動量產(chǎn)。
的確,在芯片設(shè)計環(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,AI還會學習,它會研究通過什么模式能創(chuàng)造最優(yōu)設(shè)計,因此AI實際上加快了芯片設(shè)計優(yōu)化布局的速度,并帶來更高性能與更低能耗。而在驗證與測試環(huán)節(jié),AI也能最大限度地提高測試覆蓋率、節(jié)省時間。
至于AI會不會奪走芯片研發(fā)工程師的“飯碗”?AMD首席技術(shù)官Papermaster給出的答案是否定的,他認為AI不會取代芯片設(shè)計師,其將作為輔助工具,有著巨大潛力幫助加速設(shè)計。
(文章來源:科創(chuàng)板日報)
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