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。

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(dāng)，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(xùn)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)。

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(dǎo)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(dǎo)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(xué)習(xí)，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。