隨著 ChatGPT 和大型語(yǔ)言模型 (LLM) 呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，生成式人工智能 (Generative AI) 成為近來(lái)的一大熱詞。由此引發(fā)了一場(chǎng)爭(zhēng)論：哪種 AI 模型使用的訓(xùn)練參數(shù)最多？與此同時(shí)，更多人意識(shí)到，需要針對(duì)特定的應(yīng)用對(duì)模型進(jìn)行更廣泛的訓(xùn)練。因此，只要說(shuō)到“生成式 AI”這個(gè)詞，我們很自然地就會(huì)聯(lián)想到要使用經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的模型。但是，生成式 AI 的起源和含義可以追溯到業(yè)界開(kāi)始討論模型之前。“生成式 AI”一詞的含義是什么？為這一顛覆性技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)的基本概念是什么？

生成式 AI 的早期階段

在經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的 AI 模型出現(xiàn)之前，生成式 AI 的核心理念是創(chuàng)建一個(gè)能夠生成新的原創(chuàng)內(nèi)容的智能系統(tǒng)。生成式 AI 最早的例子之一是進(jìn)化算法。進(jìn)化算法受到自然選擇過(guò)程的啟發(fā)，旨在通過(guò)迭代進(jìn)化和改進(jìn)現(xiàn)有算法來(lái)生成新的解決方案。

生成式 AI“模型前時(shí)代”取得的另一項(xiàng)重要進(jìn)展是專(zhuān)家系統(tǒng)領(lǐng)域。專(zhuān)家系統(tǒng)旨在捕捉人類(lèi)專(zhuān)家在特定領(lǐng)域的知識(shí)和專(zhuān)長(zhǎng)，并利用這些數(shù)據(jù)生成智能輸出。雖然這些規(guī)則和啟發(fā)式方法可以被視為“模型”，但它們的訓(xùn)練方式與如今的 LLM 并不相同。

生成式 AI 在電子系統(tǒng)中的應(yīng)用

生成式 AI 已經(jīng)日臻成熟，正在整個(gè)電子系統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)、3D-IC 封裝、印刷電路板 (PCB) 和熱分析等各個(gè)方面大展身手，帶來(lái)了革命性的變化。利用生成式 AI 技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以提高效率、優(yōu)化性能并加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度。

芯片設(shè)計(jì)

生成式 AI 有助于自動(dòng)執(zhí)行復(fù)雜集成電路的 layout 設(shè)計(jì)和優(yōu)化。通過(guò)在大量數(shù)據(jù)（包括現(xiàn)有芯片設(shè)計(jì)和性能指標(biāo)）上訓(xùn)練 AI 模型，生成式 AI 算法可以生成滿足功耗、速度和面積利用率等特定要求的新型芯片布局。這使設(shè)計(jì)人員能夠探索更廣闊的設(shè)計(jì)空間，從而提高芯片性能并縮短設(shè)計(jì)周期。

3D-IC 系統(tǒng)

生成式 AI 可以發(fā)揮關(guān)鍵作用，用于優(yōu)化單個(gè)封裝內(nèi)多個(gè)堆疊芯片的設(shè)計(jì)和布局。通過(guò)分析電源分配、信號(hào)完整性和熱管理等各種因素，生成式 AI 算法可以生成經(jīng)過(guò)優(yōu)化的 3D-IC 架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方案，從而最大限度地減少信號(hào)干擾、降低功耗并提高整體系統(tǒng)性能。

PCB 設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)工具可自動(dòng)生成符合特定設(shè)計(jì)約束條件的 layout，如信號(hào)完整性、電源分配和器件擺放。這可以簡(jiǎn)化 PCB 設(shè)計(jì)流程，減少設(shè)計(jì)迭代次數(shù)，提高整體設(shè)計(jì)質(zhì)量。

Cadence于去年發(fā)布了Allegro X AI technology，這是 Cadence 新一代系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，在性能和自動(dòng)化方面實(shí)現(xiàn)了革命性的提升。這款 AI 新產(chǎn)品依托于 Allegro X Design Platform 平臺(tái)，可顯著節(jié)省 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)間，與手動(dòng)設(shè)計(jì)電路板相比，在不犧牲甚至有可能提高質(zhì)量的前提下，可自動(dòng)執(zhí)行 PCB 布局設(shè)計(jì)和小至中型 PCB 布線設(shè)計(jì)，將物理布局布線和分析用時(shí)從數(shù)天縮短至幾分鐘。

歡迎閱讀《產(chǎn)品前沿 I 生成式 AI 助力 PCB 設(shè)計(jì)：打破限制，解鎖無(wú)限可能》了解更多。

熱分析

生成式 AI 可用于對(duì)整個(gè)電子系統(tǒng)進(jìn)行熱分析。生成式 AI 算法可以仿真系統(tǒng)內(nèi)的散熱和氣流，優(yōu)化組件、散熱器和冷卻機(jī)制的擺放，確保高效的熱管理。這有助于防止系統(tǒng)過(guò)熱、提高系統(tǒng)可靠性并延長(zhǎng)電子設(shè)備的使用壽命。

今年2月，Cadence推出 Celsius Studio，率先在業(yè)內(nèi)提供完整的用于電子系統(tǒng)的 AI 散熱設(shè)計(jì)和分析解決方案。融合 FEM 和 CFD 引擎，Celsius Studio 可用于 PCB 和完整電子組件的電子散熱設(shè)計(jì)，也可用于 2.5D 和 3D-IC 封裝的熱與熱應(yīng)力分析。當(dāng)前市場(chǎng)上的產(chǎn)品主要由不同的零散工具組成，而 Celsius Studio 引入了一種全新的方法，通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，熱、應(yīng)力和電子散熱可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)同步分析，讓設(shè)計(jì)人員可以無(wú)縫利用 ECAD 和 MCAD 對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行多物理場(chǎng)仿真。

基于模型的生成式 AI

隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)不斷進(jìn)步，生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò) (GAN) 和變分自編碼器 (VAE) 等 AI 模型也在不斷完善，使得“生成式 AI”這一術(shù)語(yǔ)得到了更多的關(guān)注和認(rèn)可。這些模型出現(xiàn)于2010年代中期，它們能夠生成逼真且具有創(chuàng)造性的內(nèi)容，引發(fā)了更多關(guān)于生成式 AI 的討論和研究。

值得注意的是，在 AI 模型出現(xiàn)之前，“生成式 AI”一詞可能在不同的語(yǔ)境中使用過(guò)，流行程度也不盡相同。該術(shù)語(yǔ)首次使用的確切時(shí)間很難確定，因?yàn)樗芸赡苁请S著 AI 技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)創(chuàng)造性內(nèi)容生成技術(shù)的探索而逐漸出現(xiàn)的。

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的大型語(yǔ)言模型（LLM）

大型語(yǔ)言模型 (LLM) 是生成式 AI 在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的最新創(chuàng)新成果。這些 AI 模型在大量文本的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，可以生成“人話”并執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，因此成為電子設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要工具。LLM 的應(yīng)用分為三類(lèi)：設(shè)計(jì)資源的智能搜索、設(shè)計(jì)資源的深度推理以及在高層次方向上生成設(shè)計(jì)和資源。

在設(shè)計(jì)資源的智能搜索方面，LLM 可用于篩選大量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，包括原理圖、設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)文檔。LLM 能夠理解搜索查詢的上下文和語(yǔ)義，與傳統(tǒng)的基于關(guān)鍵字的搜索算法相比，LLM 可以提供更準(zhǔn)確、更相關(guān)的搜索結(jié)果。這有助于大大減少查找相關(guān)設(shè)計(jì)資源所需的時(shí)間和精力，從而加快設(shè)計(jì)進(jìn)程。

在改進(jìn)和清理設(shè)計(jì)方面，LLM 可以提供有價(jià)值的見(jiàn)解和建議。LLM 能夠分析設(shè)計(jì)資源并找出潛在問(wèn)題，針對(duì)設(shè)計(jì)提出修改建議，從而解決這些問(wèn)題。例如，LLM 可提供 PCB layout 修改建議，以提高信號(hào)完整性，或提供芯片設(shè)計(jì)修改建議，以降低功耗。設(shè)計(jì)人員可以利用這些建議來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)滿足所需的性能規(guī)范。

Cadence Optimality Intelligence System Explorer 運(yùn)用 AI 驅(qū)動(dòng)的多學(xué)科設(shè)計(jì)分析優(yōu)化（Multidisciplinary Design Analysis and Optimization， MDAO） 技術(shù)，在 3D 電磁仿真、高速信號(hào)和電源完整性分析中快速地優(yōu)化設(shè)計(jì)，在不損失精準(zhǔn)性的情況下，平均速度比傳統(tǒng)手動(dòng)操作快 10 倍，在一些設(shè)計(jì)上甚至實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 100 倍的速度提升。

用于 3D 電磁（EM）分析的 Cadence Clarity 3D Solver 和用于高速信號(hào)完整性（SI）和電源完整性（PI）分析的 Sigrity X 技術(shù)是首個(gè)支持 Optimality Explorer 的 Cadence 多物理場(chǎng)系統(tǒng)分析軟件產(chǎn)品。有了 Optimality Explorer，Clarity 和 Sigrity X 求解器可以顯著提高設(shè)計(jì)人員的生產(chǎn)力和效率，使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠探索整個(gè)設(shè)計(jì)空間并快速有效地收斂最佳設(shè)計(jì)。