【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關(guān)鍵詞： 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè) 中科院計(jì)算所 啟蒙1號 CPU 芯片設(shè)計(jì) 人工智能】
 
 
　　中國團(tuán)隊(duì)推出世界首顆AI全自動設(shè)計(jì)CPU
 
 
 
　　本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）綜合
 
　　全球首個無人工干預(yù)、全自動生成的CPU芯片。
 
　　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)出了世界上首個無人工干預(yù)、全自動生成的CPU芯片——啟蒙1號。
 
　　這顆完全由AI設(shè)計(jì)的32位RISC-V CPU，相比GPT-4目前所能設(shè)計(jì)的電路規(guī)模大4000倍，并可運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，且性能堪比Intel 486。
 
　　啟蒙1號處理器是基于RSIC-V指令集的，32位架構(gòu)，早在2021年12月就已經(jīng)完成流片驗(yàn)證，之后中科院計(jì)算所還用它點(diǎn)亮了Linux操作系統(tǒng)，并運(yùn)行了SPEC CPU2000測試程序，評估后認(rèn)為性能跟Intel的40486相當(dāng)。
 
 
　　啟蒙1號芯片版圖及實(shí)物圖，其中CPU核部分完全由算法自動生成，芯片于2021年12月采用65nm工藝流片，運(yùn)行頻率300MHz
 
　　這是全球首個無人工干預(yù)、全自動生成的CPU芯片，65nm工藝，頻率達(dá)到了300MHz，相關(guān)研究論文已經(jīng)發(fā)表。
 
　　啟蒙1號是中科院研究人員基于BSD二元猜測圖（Binary Speculation Diagram, 簡稱BSD）算法設(shè)計(jì)出來的，5個小時就生成了400萬邏輯門，這個規(guī)模比GPT-4能設(shè)計(jì)的芯片大4000倍。
 
　　雖然啟蒙1號CPU的規(guī)模跟當(dāng)前的頂級CPU還沒法比，但是AI技術(shù)的進(jìn)步飛快，未來AI設(shè)計(jì)芯片會成為主流，將極大地提高芯片設(shè)計(jì)效率。
 
 
　　啟蒙1號芯片可以成功運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)及性能對比（CPU-AI為啟蒙1號）
 
　　 團(tuán)隊(duì)介紹
 
　　自2008年起，中科院計(jì)算所便開始長期從事芯片設(shè)計(jì)和人工智能的交叉研究。其中一項(xiàng)為人熟知的產(chǎn)出就是人工智能芯片寒武紀(jì)。
 
　　而在面向芯片設(shè)計(jì)的人工智能方法上，中科院計(jì)算所也已有十多年的積累，并且從未停止探索如何用人工智能方法使得芯片設(shè)計(jì)完全自動化。
 
　　依托中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所建立的處理器芯片全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，是中國科學(xué)院批準(zhǔn)正式啟動建設(shè)的首批重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，并被科技部遴選為首批 20個標(biāo)桿全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2022年5月開始建設(shè)。
 
　　其中，實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會主任為孫凝暉院士，實(shí)驗(yàn)室主任為陳云霽研究員。
 
　　實(shí)驗(yàn)室近年來獲得了處理器芯片領(lǐng)域首個國家自然科學(xué)獎等6項(xiàng)國家級科技獎勵；在處理器芯片領(lǐng)域國際頂級會議發(fā)表論文的數(shù)量長期列居中國第一；在國際上成功開創(chuàng)了深度學(xué)習(xí)處理器等熱門研究方向；孵化了總市值數(shù)千億元的國產(chǎn)處理器產(chǎn)業(yè)頭部企業(yè)。
 
　　圖片 使用ChatGPT設(shè)計(jì)的芯片
 
　　日前，國際上也有使用ChatGPT設(shè)計(jì)芯片的嘗試。紐約大學(xué) Tandon 工程學(xué)院的研究人員使用簡單的英語“對話”與 AI 模型制造了一個微處理芯片，這是一項(xiàng)史無前例的成就，可以加快芯片開發(fā)速度，更重要的是這將允許沒有專業(yè)技術(shù)技能的個人設(shè)計(jì)芯片。
 
　　兩名硬件工程師使用標(biāo)準(zhǔn)英語與ChatGPT-4“交談”，并設(shè)計(jì)了一種新型的微處理器架構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)和 ChatGPT 設(shè)計(jì)的芯片并不是一個完整的處理器，它是整個 CPU 的一個部分：負(fù)責(zé)創(chuàng)建一個新穎的基于 8 位累加器的微處理器架構(gòu)的邏輯。該芯片隨后被送往Skywater 130 nm 光刻機(jī)上進(jìn)行制造。該團(tuán)隊(duì)聲稱，這項(xiàng)研究標(biāo)志著 LLM 設(shè)計(jì)的 IC 首次真正投入生產(chǎn)。
 
 
　　圖片該團(tuán)隊(duì)使用 125 條消息成功創(chuàng)建了他們的 IC
 
　　累加器本質(zhì)上是寄存器（內(nèi)存），其中存儲中間計(jì)算的結(jié)果，直到主計(jì)算完成。但它們是 CPU 工作方式不可或缺的一部分；也許還可以設(shè)計(jì)其他必要的單元。這一成果表明，未來成為 EDA 設(shè)計(jì)師的知識門檻要低得多。也許有一天，足夠多的 CPU 碎片會被公開，這樣更多的ChatGPT用戶將可以在家里設(shè)計(jì)他們的 CPU 架構(gòu)。
 
　　研究人員使用商業(yè)和公開可用的大型語言模型 (LLM) 來研究八個硬件設(shè)計(jì)示例，在工程師和 LLM 之間的實(shí)時來回交互中，通過純英文文本處理其 Verilog (HDL) 等效。
 
　　“這項(xiàng)研究產(chǎn)生了我們認(rèn)為是第一個完全由 AI 生成的 HDL，用于制造物理芯片，”紐約大學(xué) Tandon 的研究助理教授兼研究團(tuán)隊(duì)成員 Hammond Pearce 博士說。“一些人工智能模型，如 OpenAI 的 ChatGPT 和谷歌的 Bard，可以生成不同編程語言的軟件代碼，但它們在硬件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用尚未得到廣泛研究。這項(xiàng)研究表明 AI 也可以使硬件制造受益，尤其是當(dāng)它被用于對話時，你可以通過一種有來有往的方式來完善設(shè)計(jì)。”
 
　　從這個實(shí)驗(yàn)中，該團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論，ChatGPT 確實(shí)可以將功能芯片設(shè)計(jì)為現(xiàn)實(shí)世界的解決方案。
 
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