[情報] 中國團隊推出首顆以TDD方案 AI 設計 CPU

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中科院計算所的處理器晶片全國重點實驗室及其合作單位，
用AI技術設計出了世界上首個無人工干預、全自動生成的CPU晶片——啟蒙1號。

這顆完全由AI設計的32位RISC-V CPU，相比GPT-4目前所能設計的電路規模大4000倍，
並可運行 Linux 作業系統，且性能堪比Intel 486。

啟蒙1號處理器是基於RSIC-V指令集的，32位元架構，
早在2021年12月就已經完成流片驗證，
之後中科院計算所還用它點亮了Linux作業系統，並運行了SPEC CPU2000測試程式，
評估後認為性能跟Intel的40486相當。

啟蒙1號晶片版圖及實物圖，其中CPU核部分完全由演算法自動生成，
晶片於2021年12月採用65nm工藝流片，運行頻率300MHz
這是全球首個無人工干預、全自動生成的CPU晶片，65nm工藝，頻率達到了300MHz，
相關研究論文已經發表。

啟蒙1號是中科院研究人員基於BSD二元猜測圖（Binary Speculation Diagram, 簡稱BSD）演算法設計出來的，5個小時就生成了400萬邏輯門，這個規模比GPT-4能設計的晶片大4000倍。

雖然啟蒙1號CPU的規模跟當前的頂級CPU還沒法比，但是AI技術的進步飛快，未來AI設計晶片會成為主流，將極大地提高晶片設計效率。

啟蒙1號晶片可以成功運行Linux作業系統及性能對比（CPU-AI為啟蒙1號）

團隊介紹
自2008年起，中科院計算所便開始長期從事晶片設計和人工智慧的交叉研究。其中一項為人熟知的產出就是人工智慧晶片寒武紀。

而在面向晶片設計的人工智慧方法上，中科院計算所也已有十多年的積累，並且從未停止探索如何用人工智慧方法使得晶片設計完全自動化。

依託中國科學院計算技術研究所建立的處理器晶片全國重點實驗室，是中國科學院批准正式啟動建設的首批重點實驗室之一，並被科技部遴選為首批 20個標杆全國重點實驗室，2022年5月開始建設。

其中，實驗室學術委員會主任為孫凝暉院士，實驗室主任為陳雲霽研究員。
實驗室近年來獲得了處理器晶片領域首個國家自然科學獎等6項國家級科技獎勵；在處理器晶片領域國際頂級會議發表論文的數量長期列居中國第一；在國際上成功開創了深度學習處理器等熱門研究方向；孵化了總市值數千億元的國產處理器產業頭部企業。
使用ChatGPT設計的晶片

日前，國際上也有使用ChatGPT設計晶片的嘗試。紐約大學 Tandon 工程學院的研究人員使用簡單的英語“對話”與 AI 模型製造了一個微處理晶片，這是一項史無前例的成就，
可以加快晶片開發速度，更重要的是這將允許沒有專業技術技能的個人設計晶片。
兩名硬體工程師使用標準英語與ChatGPT-4“交談”，並設計了一種新型的微處理器架構
。研究團隊和 ChatGPT 設計的晶片並不是一個完整的處理器，它是整個 CPU 的一個部分：負責創建一個新穎的基於 8 位元累加器的微處理器架構的邏輯。該晶片隨後被送往
Skywater 130 nm 光刻機上進行製造。該團隊聲稱，這項研究標誌著 LLM 設計的 IC 首次真正投入生產。

該團隊使用 125 條消息成功創建了他們的 IC
累加器本質上是寄存器（記憶體），其中存儲中間計算的結果，直到主計算完成。但它們是 CPU 工作方式不可或缺的一部分；也許還可以設計其他必要的單元。這一成果表明，未來成為 EDA 設計師的知識門檻要低得多。也許有一天，足夠多的 CPU 碎片會被公開，這樣更多的ChatGPT用戶將可以在家裡設計他們的 CPU 架構。

研究人員使用商業和公開可用的大型語言模型 (LLM) 來研究八個硬體設計示例，在工程師和 LLM 之間的即時來回交互中，通過純英文文本處理其 Verilog (HDL) 等效。
“這項研究產生了我們認為是第一個完全由 AI 生成的 HDL，用於製造物理晶片，”紐約
大學 Tandon 的研究助理教授兼研究團隊成員 Hammond Pearce 博士說。“一些人工智慧模型，如 OpenAI 的 ChatGPT 和穀歌的 Bard，可以生成不同程式設計語言的軟體代碼，但它們在硬體設計中的應用尚未得到廣泛研究。這項研究表明 AI 也可以使硬體製造受益，尤其是當它被用於對話時，你可以通過一種有來有往的方式來完善設計。”

從這個實驗中，該團隊得出結論，
ChatGPT 確實可以將功能晶片設計為現實世界的解決方案。

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