電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道，近日，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所處理器芯片全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合軟件研究所，推出全球首個(gè)基于人工智能技術(shù)的處理器芯片軟硬件全自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng) ——“啟蒙”。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從芯片硬件到基礎(chǔ)軟件的全流程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，標(biāo)志著 AI 設(shè)計(jì)芯片成為現(xiàn)實(shí)，且其設(shè)計(jì)在多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)上達(dá)到人類(lèi)專(zhuān)家手工設(shè)計(jì)水平。相關(guān)研究成果已發(fā)布于預(yù)印本網(wǎng)站 arXiv。

在 CPU 自動(dòng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，“啟蒙” 系統(tǒng)打造出國(guó)際首個(gè)全自動(dòng)化設(shè)計(jì)的 CPU 芯片 “啟蒙 1 號(hào)”，僅用 5 小時(shí)便完成 32 位 RISC-V CPU 的全部前端設(shè)計(jì)。該芯片性能達(dá)到 Intel 486 水平，規(guī)模超 400 萬(wàn)個(gè)邏輯門(mén)，且已完成流片。其升級(jí)版 “啟蒙 2 號(hào)” 為國(guó)際首個(gè)全自動(dòng)設(shè)計(jì)的超標(biāo)量處理器核，性能達(dá)到 ARM Cortex A53 水平，規(guī)模擴(kuò)大至 1700 萬(wàn)個(gè)邏輯門(mén)。

基礎(chǔ)軟件設(shè)計(jì)方面，“啟蒙” 系統(tǒng)同樣成績(jī)斐然。它可自動(dòng)生成定制優(yōu)化后的操作系統(tǒng)內(nèi)核配置，性能相比專(zhuān)家手工優(yōu)化提升 25.6%；實(shí)現(xiàn)不同芯片和編程模型間的自動(dòng)程序轉(zhuǎn)譯，性能最高可達(dá)廠商手工優(yōu)化算子庫(kù)的 2 倍；還能自動(dòng)生成矩陣乘等高性能算子，在 RISC-V CPU 和 NVIDIA GPU 上的性能分別提升 110% 和 15% 以上。

事實(shí)上，中科院計(jì)算所去年就已透露相關(guān)研究進(jìn)展，當(dāng)時(shí)尚未以 “啟蒙” 系統(tǒng)命名發(fā)布。據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)聚焦處理器芯片自動(dòng)設(shè)計(jì)面臨的精度與規(guī)模兩大挑戰(zhàn)，提出以驗(yàn)證為中心的處理器智能設(shè)計(jì)方法學(xué)：從隨機(jī)電路開(kāi)始，由機(jī)器全自動(dòng)完成驗(yàn)證、調(diào)試和修復(fù)的反復(fù)迭代，直至生成滿足設(shè)計(jì)需求的目標(biāo)電路。

為此，團(tuán)隊(duì)將處理器自動(dòng)設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為從驗(yàn)證程序輸入輸出（IO）出發(fā)，自動(dòng)生成大規(guī)模二元決策圖（BDD）表示的問(wèn)題。針對(duì)此，設(shè)計(jì)出二元猜測(cè)圖（BSD），將傳統(tǒng) BDD 中的確定性子圖，替換為 BSD 中通過(guò)對(duì) IO 進(jìn)行蒙特卡洛采樣確定的猜測(cè)節(jié)點(diǎn)。

憑借上述方法，系統(tǒng)在 5 小時(shí)內(nèi)自動(dòng)設(shè)計(jì)出含超 400 萬(wàn)個(gè)邏輯門(mén)的通用處理器 “啟蒙 1 號(hào)”，將現(xiàn)有自動(dòng)設(shè)計(jì)電路規(guī)模提升 3 至 4 個(gè)數(shù)量級(jí)?！皢⒚?1 號(hào)” 作為世界上首顆無(wú)人工干預(yù)、全自動(dòng)設(shè)計(jì)的處理器芯片，可正常運(yùn)行 Linux 操作系統(tǒng)，實(shí)測(cè)性能達(dá) Intel 486 水平。

“啟蒙” 系統(tǒng)的發(fā)布，是 EDA 工具與 AI 技術(shù)融合的重要里程碑，標(biāo)志著芯片設(shè)計(jì)從 “高度依賴(lài)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)” 的手工時(shí)代，邁入 “AI 驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)化主導(dǎo)” 的新紀(jì)元。它開(kāi)創(chuàng)了全新的芯片設(shè)計(jì)范式，突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與流程的局限，為芯片設(shè)計(jì)行業(yè)帶來(lái)新思路，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

此前，全球 EDA 廠商已在 AI 技術(shù)領(lǐng)域深入探索，生成式 AI（GenAI）從輔助工具逐步升級(jí)為核心設(shè)計(jì)引擎。例如，Synopsys 的 GenAI 技術(shù)能快速解析數(shù)百頁(yè)芯片設(shè)計(jì)規(guī)格文檔，提取關(guān)鍵信息供設(shè)計(jì)師參考；作為行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，新思科技推出全流程 AI 驅(qū)動(dòng)的芯片設(shè)計(jì)優(yōu)化工具 DSO.ai（Design Space Optimization AI），通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)自動(dòng)探索設(shè)計(jì)空間，優(yōu)化時(shí)序、功耗和面積（PPA）；還打造集成布局布線與 AI 優(yōu)化的綜合平臺(tái) Fusion Compiler，基于 Transformer 架構(gòu)的布線算法，提升復(fù)雜電路的路由效率。

展望未來(lái)，EDA 工具將圍繞智能化、集成化、綠色化、開(kāi)源化四大核心趨勢(shì)發(fā)展，AI 會(huì)成為核心驅(qū)動(dòng)力，而開(kāi)源與云原生將重塑產(chǎn)業(yè)生態(tài)。