【ZiDongHua 之“設(shè)計自動化”收錄關(guān)鍵詞：中科院計算所  中科院軟件所   電子設(shè)計自動化   人工智能    邊緣計算   芯片設(shè)計】

 

全球首個“AI自己設(shè)計芯片”的系統(tǒng)，“啟蒙”來了
 

《中國科學報》6月10日從中國科學院計算技術(shù)研究所(以下簡稱計算所)獲悉，該所處理器芯片全國重點實驗室聯(lián)合中國科學院軟件研究所，推出了全球基于人工智能技術(shù)的處理器芯片軟硬件全自動設(shè)計系統(tǒng)——“啟蒙”。相關(guān)技術(shù)論文已在線發(fā)表于arXiv預(yù)印本平臺上。

據(jù)相關(guān)負責人介紹，“啟蒙”系統(tǒng)可以實現(xiàn)從芯片硬件到基礎(chǔ)軟件的全流程自動化設(shè)計，在多項關(guān)鍵指標上已達到人類專家手工設(shè)計水平，標志著我國在人工智能自動設(shè)計芯片方面邁出堅實一步。

處理器芯片被譽為現(xiàn)代科技“皇冠上的明珠”，其設(shè)計過程復(fù)雜精密、專業(yè)門檻極高。傳統(tǒng)處理器芯片設(shè)計高度依賴經(jīng)驗豐富的專家團隊，往往需要數(shù)百人參與、耗時數(shù)月甚至數(shù)年，成本高昂、周期漫長。隨著人工智能、云計算和邊緣計算等新興技術(shù)的發(fā)展，專用處理器芯片設(shè)計和相關(guān)基礎(chǔ)軟件適配優(yōu)化需求日益增長。而我國處理器芯片從業(yè)人員數(shù)量嚴重不足，難以滿足日益增長的芯片設(shè)計需求。

面對這一挑戰(zhàn)，“啟蒙”系統(tǒng)在前述團隊的努力下應(yīng)運而生。據(jù)介紹，該系統(tǒng)依托大模型等人工智能技術(shù)，可實現(xiàn)自動設(shè)計CPU，并能為芯片自動配置相應(yīng)的操作系統(tǒng)、轉(zhuǎn)譯程序、高性能算子庫等基礎(chǔ)軟件，性能可比肩人類專家手工設(shè)計水平。

具體而言，在CPU自動設(shè)計方面，該系統(tǒng)已實現(xiàn)國際首個全自動化設(shè)計的CPU芯片“啟蒙1號” ， 5小時內(nèi)完成32位RISC-V CPU的全部前端設(shè)計，達到Intel 486性能，規(guī)模超過4000000個邏輯門，已完成流片。其升級版“啟蒙2號” 為國際首個全自動設(shè)計的超標量處理器核，達到ARM Cortex A53性能，規(guī)模擴大至17000000個邏輯門。在基礎(chǔ)軟件方面，“啟蒙”系統(tǒng)同樣取得顯著成果，可自動生成定制優(yōu)化后的操作系統(tǒng)內(nèi)核配置，性能相比專家手工優(yōu)化提升25.6%;可實現(xiàn)不同芯片和不同編程模型之間的自動程序轉(zhuǎn)譯，性能最高達到廠商手工優(yōu)化算子庫的2倍;可自動生成矩陣乘等高性能算子，在RISC-V CPU和NVIDIA GPU上的性能分別提高110%和15%以上。

啟蒙1號實物圖。研究團隊 供圖

啟蒙1號和啟蒙2號的性能對比(藍色柱)。 研究團隊 供圖

該負責人表示，這項研究有望改變處理器芯片軟硬件的設(shè)計范式，不僅有望減少芯片設(shè)計過程的人工參與、提升設(shè)計效率、縮短設(shè)計周期，同時有望針對特定應(yīng)用場景需求實現(xiàn)快速定制化設(shè)計，靈活滿足芯片設(shè)計日益多樣化的需求。

信息顯示，自2008年起，計算所便開始長期從事芯片設(shè)計和人工智能的交叉研究。其中一項為人熟知的產(chǎn)出是人工智能芯片“寒武紀”。在面向芯片設(shè)計的人工智能方法上，計算所已有十余年的積累，并從未停止探索如何用人工智能方法使得芯片設(shè)計完全自動化。

依托計算所建立的處理器芯片全國重點實驗室，是中國科學院批準正式啟動建設(shè)的首批重點實驗室之一，并被科技部遴選為首批20個標桿全國重點實驗室，2022年5月開始建設(shè)。實驗室學術(shù)委員會主任為中國工程院院士孫凝暉，實驗室主任為計算所研究員陳云霽。

相關(guān)論文信息：https://arxiv.org/abs/2506.05007