本文由新思科技編譯自 [Moor Insights and Strategy]

　　原文 [Using AI To Build Better Chips]

　　作者 [Karl Freund]

　　隨著眾多初創(chuàng)企業(yè)和大型半導(dǎo)體公司競(jìng)相向市場(chǎng)推出全新人工智能芯片，Synopsys(新思科技)、Cadence和Mentor Graphics等芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)計(jì)解決方案提供商正在研究幫助開發(fā)者縮短芯片上市時(shí)間的新方法。有意思的是，這其中所采取的方法之一是運(yùn)用人工智能技術(shù)來(lái)幫助構(gòu)建更好的人工智能芯片。芯片設(shè)計(jì)過(guò)程分為前端和后端，后端又稱為物理設(shè)計(jì)，對(duì)于支持人工智能新技術(shù)已經(jīng)特別成熟，早期采用者也受益于其出色的性能表現(xiàn)。 ▲ 圖1：由170億個(gè)晶體管構(gòu)成的NVIDIA Drive AGX Orin芯片英偉達(dá)(NVIDIA)

　　01

　　芯片構(gòu)建的諸多挑戰(zhàn)

　　芯片構(gòu)建中存在諸多挑戰(zhàn)，最終確定芯片邏輯可能需要數(shù)月甚至數(shù)年的時(shí)間，一旦確定后，物理設(shè)計(jì)過(guò)程就開始了。開發(fā)者必須確定每一塊晶體管的放置位置，以及如何將其互連。這個(gè)過(guò)程叫做布局和布線j9游會(huì)真人游戲第一品牌?，F(xiàn)代芯片上有數(shù)十億個(gè)晶體管，這種設(shè)計(jì)布局和測(cè)試通常需要數(shù)位開發(fā)者大約利用20到30周的時(shí)間才能完成。如果他們?cè)谄渲谐隽瞬铄e(cuò)，便會(huì)導(dǎo)致芯片設(shè)計(jì)無(wú)法按照規(guī)定時(shí)間完成，功耗過(guò)高、成本過(guò)大，或者根本無(wú)法使用。但是布局芯片的恰當(dāng)方法不止一種，還存在無(wú)數(shù)可能的選擇，包括平衡芯片的三個(gè)主要設(shè)計(jì)目標(biāo)：性能、功耗和面積（PPA）。實(shí)際上，開發(fā)者面臨著大規(guī)模的“搜索”問(wèn)題：僅僅是平面布置圖探索就可以包含驚人的1090,000種可能性， 而國(guó)際象棋也只有10123種狀態(tài)，圍棋游戲只有大約10360種狀態(tài)j9九游會(huì)。為什么要拿游戲作類比，因?yàn)槲锢碓O(shè)計(jì)和游戲一樣，現(xiàn)在都可以用人工智能軟件來(lái)“玩”。雖然人工智能需要巨大的計(jì)算資源，但它可以從海量備選方案中進(jìn)行篩選以優(yōu)化參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)PPA的最佳組合。

　　02

　　使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)贏得游戲

　　人工智能中有一個(gè)強(qiáng)化學(xué)習(xí)的無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)分支，可以通過(guò)試錯(cuò)來(lái)解決這類游戲問(wèn)題：讓電腦“試一試”某個(gè)解，用得出的結(jié)果加強(qiáng)該解的參數(shù)。將這樣的過(guò)程重復(fù)數(shù)萬(wàn)億次，直到實(shí)現(xiàn)解收斂，即“獲勝”。作為芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)計(jì)解決方案提供商，新思科技一直在與客戶試驗(yàn)這種方法，并取得了令人驚喜的結(jié)果。▲ 圖2：開發(fā)者已經(jīng)使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)來(lái)加速網(wǎng)絡(luò)化、移動(dòng)化、汽車領(lǐng)域和人工智能芯片的物理設(shè)計(jì)項(xiàng)目，并取得了驚人的結(jié)果。從新思科技和客戶進(jìn)行的一系列復(fù)雜芯片設(shè)計(jì)的其中四個(gè)項(xiàng)目的平均值來(lái)看，該方法可以提前86%的時(shí)間完成設(shè)計(jì)，且配置人員僅包括一名數(shù)據(jù)科學(xué)家而不是4-5名工程師，所有項(xiàng)目均實(shí)現(xiàn)或超越了PPA目標(biāo)。有趣的是，使用人工智能技術(shù)產(chǎn)生的一些設(shè)計(jì)有點(diǎn)反直覺(jué)，比如以非常規(guī)形狀分布晶體塊，但是結(jié)果很有說(shuō)服力，實(shí)現(xiàn)了更快上市時(shí)間及更高性能。

　　結(jié)論在物理設(shè)計(jì)中使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)只是冰山一角，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)可以用于設(shè)計(jì)集成電路中常見的許多工作流程。英偉達(dá)首席執(zhí)行官黃延森在2016年首次發(fā)布Saturn V時(shí)曾表示，英偉達(dá)內(nèi)部GPU驅(qū)動(dòng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，當(dāng)時(shí)在全球超級(jí)計(jì)算機(jī)排名前30位。隨后預(yù)測(cè)Saturn V將成為其公司一個(gè)強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以幫助英偉達(dá)開發(fā)者提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)卓越的產(chǎn)品。新思科技使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)獲得的早期項(xiàng)目結(jié)果，也驗(yàn)證了黃先生當(dāng)時(shí)的觀點(diǎn)。

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