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

 

全球首個(gè)“AI自己設(shè)計(jì)芯片”的系統(tǒng)，“啟蒙”來了
 

《中國科學(xué)報(bào)》6月10日從中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所(以下簡稱計(jì)算所)獲悉，該所處理器芯片全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合中國科學(xué)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(dòng)設(shè)計(jì)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(fù)責(zé)人介紹，“啟蒙”系統(tǒng)可以實(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)，在多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)上已達(dá)到人類專家手工設(shè)計(jì)水平，標(biāo)志著我國在人工智能自動(dòng)設(shè)計(jì)芯片方面邁出堅(jiān)實(shí)一步。

處理器芯片被譽(yù)為現(xiàn)代科技“皇冠上的明珠”，其設(shè)計(jì)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(jì)高度依賴經(jīng)驗(yàn)豐富的專家團(tuán)隊(duì)，往往需要數(shù)百人參與、耗時(shí)數(shù)月甚至數(shù)年，成本高昂、周期漫長。隨著人工智能、云計(jì)算和邊緣計(jì)算等新興技術(shù)的發(fā)展，專用處理器芯片設(shè)計(jì)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(yán)重不足，難以滿足日益增長的芯片設(shè)計(jì)需求。

面對這一挑戰(zhàn)，“啟蒙”系統(tǒng)在前述團(tuán)隊(duì)的努力下應(yīng)運(yùn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)設(shè)計(jì)CPU，并能為芯片自動(dòng)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(jì)水平。

具體而言，在CPU自動(dòng)設(shè)計(jì)方面，該系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)國際首個(gè)全自動(dòng)化設(shè)計(jì)的CPU芯片“啟蒙1號” ， 5小時(shí)內(nèi)完成32位RISC-V CPU的全部前端設(shè)計(jì)，達(dá)到Intel 486性能，規(guī)模超過4000000個(gè)邏輯門，已完成流片。其升級版“啟蒙2號” 為國際首個(gè)全自動(dòng)設(shè)計(jì)的超標(biāo)量處理器核，達(dá)到ARM Cortex A53性能，規(guī)模擴(kuò)大至17000000個(gè)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(dòng)生成定制優(yōu)化后的操作系統(tǒng)內(nèi)核配置，性能相比專家手工優(yōu)化提升25.6%;可實(shí)現(xiàn)不同芯片和不同編程模型之間的自動(dòng)程序轉(zhuǎn)譯，性能最高達(dá)到廠商手工優(yōu)化算子庫的2倍;可自動(dòng)生成矩陣乘等高性能算子，在RISC-V CPU和NVIDIA GPU上的性能分別提高110%和15%以上。

啟蒙1號實(shí)物圖。研究團(tuán)隊(duì) 供圖

啟蒙1號和啟蒙2號的性能對比(藍(lán)色柱)。 研究團(tuán)隊(duì) 供圖

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

信息顯示，自2008年起，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)出是人工智能芯片“寒武紀(jì)”。在面向芯片設(shè)計(jì)的人工智能方法上，計(jì)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(jì)完全自動(dòng)化。

依托計(jì)算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(dòng)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(gè)標(biāo)桿全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2022年5月開始建設(shè)。實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)主任為中國工程院院士孫凝暉，實(shí)驗(yàn)室主任為計(jì)算所研究員陳云霽。

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