不久前，機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）似乎是一個(gè)引人入勝的研究課題。然而，很快，它就從一個(gè)遙遠(yuǎn)的世界迅速過(guò)渡到新聞、廣告牌、工作場(chǎng)所和家庭中的普遍存在。這個(gè)概念本身并不新鮮，但顯然導(dǎo)致它起飛的是許多應(yīng)用程序中數(shù)據(jù)的快速增長(zhǎng)和更多的計(jì)算能力。在離家更近的地方，在我們自己的EDA和IC設(shè)計(jì)世界中，對(duì)ML的潛力也有類似的興奮。期望很高，但關(guān)鍵問(wèn)題是：ML有哪些有意義的機(jī)會(huì)以及采用提高設(shè)計(jì)師生產(chǎn)力的實(shí)用方法？

EDA 中有幾個(gè)明顯的領(lǐng)域可以從 ML 中受益，包括建模、寄生提取、路由和良率分析。然而，對(duì)于所有設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，一個(gè)日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)領(lǐng)域是滿足最重要的功耗、性能和面積 （PPA） 目標(biāo)，這是應(yīng)用基于 ML 的優(yōu)化的理想候選者。由于更多功能、高級(jí)流程、變化和更多操作場(chǎng)景，設(shè)計(jì)的復(fù)雜性不斷增加，導(dǎo)致設(shè)計(jì)收斂的工程變更單 （ECO） 流變得更加數(shù)據(jù)密集和耗時(shí)。隨著工藝技術(shù)發(fā)展到5nm及以下，這變得特別具有挑戰(zhàn)性。

時(shí)序一直是ECO周期中的主要關(guān)注點(diǎn)，但功率已成為在高級(jí)節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)成功簽核的同樣重要的標(biāo)準(zhǔn)。然而，時(shí)序和功耗優(yōu)化是相互矛盾的挑戰(zhàn)，例如，通過(guò)調(diào)整電池尺寸來(lái)減少延遲會(huì)增加動(dòng)態(tài)和漏功耗，反之亦然。在執(zhí)行功耗優(yōu)化時(shí)，設(shè)計(jì)人員通常使用基于路徑的分析（PBA）和參數(shù)片上變化（POCV）等降低悲觀技術(shù)來(lái)提高精度，并在“所有工作模式”中驗(yàn)證“所有工藝、電壓和溫度（PVT）拐角”，以實(shí)現(xiàn)最佳的PPA結(jié)果，但代價(jià)是運(yùn)行時(shí)間很長(zhǎng)。運(yùn)行時(shí)問(wèn)題在較新的節(jié)點(diǎn)（例如 5nm）上加劇，具有更多優(yōu)化變量，包括更嚴(yán)格的間距規(guī)則、涵蓋廣泛性能/功率譜的更多庫(kù)單元選項(xiàng)以及用于全芯片簽核的數(shù)百種操作場(chǎng)景。

機(jī)器學(xué)習(xí)是醫(yī)生訂購(gòu)的公式，用于圍繞 ECO 功率優(yōu)化的復(fù)雜響樂(lè)。最常見的 ML 方法包括以下步驟：構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)、訓(xùn)練算法、創(chuàng)建模型以及預(yù)測(cè)新輸入數(shù)據(jù)的結(jié)果。在功率優(yōu)化的情況下，這意味著從ECO觀測(cè)數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，并對(duì)功率回收選擇做出快速準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，而無(wú)需昂貴的計(jì)算，例如，從200個(gè)具有不同時(shí)序、功率和其他復(fù)雜特性的候選庫(kù)單元中挑選最佳的替代單元進(jìn)行小型化。

盡管跨設(shè)計(jì)類型和過(guò)程節(jié)點(diǎn)收集大量數(shù)據(jù)聽起來(lái)對(duì)改善模型結(jié)果很有吸引力，但這并不是一件容易的事，并且可能不需要實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)果質(zhì)量 （QoR）。大多數(shù)設(shè)計(jì)決策僅在其空間或時(shí)間接近設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)和版本的上下文中相關(guān);因此，基于不相關(guān)設(shè)計(jì)點(diǎn)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)可能不會(huì)提高 QoR。另一種實(shí)用的 ML 方法是“主動(dòng)學(xué)習(xí)”，它與優(yōu)化引擎即時(shí)交互，以基于本地設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)構(gòu)建相關(guān)的學(xué)習(xí)模型。這大大簡(jiǎn)化了實(shí)現(xiàn)簽核 PPA 的優(yōu)化路徑，具有更快的周轉(zhuǎn)時(shí)間和更少的資源開銷，為采用提供了強(qiáng)大的動(dòng)力。

Synopsys PrimeTime 套件被廣泛認(rèn)為是定時(shí)和功耗 ECO 和簽核的標(biāo)準(zhǔn)。它在廣泛的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和工藝節(jié)點(diǎn)方面的廣泛使用經(jīng)驗(yàn)使其能夠更有效地應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)收斂中日益增長(zhǎng)的PPA挑戰(zhàn)，同時(shí)提供先進(jìn)的生產(chǎn)力和資源效率技術(shù)，包括機(jī)器學(xué)習(xí)。

機(jī)器學(xué)習(xí)的興奮確實(shí)是有道理的。它顯然有可能為 EDA 和設(shè)計(jì)帶來(lái)重大價(jià)值，特別是對(duì)于耗時(shí)的 ECO 優(yōu)化步驟，以提高生產(chǎn)力并實(shí)現(xiàn)目標(biāo) PPA。主動(dòng)式 ML 方法提供了一種有效的實(shí)用方法，使設(shè)計(jì)人員能夠輕松地將該技術(shù)整合到他們的設(shè)計(jì)流程中，并以更智能的方式重新獲得其功能。

審核編輯：郭婷