Google正在嘗試以基于機器學(xué)習算法的AI技術(shù)來進行AI芯片開發(fā)

在AI技術(shù)應(yīng)用拓展與AI加速芯片設(shè)計等領(lǐng)域大有發(fā)展的Google，正在嘗試以基于機器學(xué)習算法的AI技術(shù)來進行AI芯片開發(fā)。

Google研究人員在在一篇論文中表示：“我們相信正是AI本身將縮短芯片設(shè)計周期，在硬件與AI之間建立共生關(guān)系的手段，而兩者之間的相互推動又推動了這一進步?！?/p>

Google的高級研究科學(xué)家AzaliaMirhoseini說，我們已經(jīng)看到有些算法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)……在現(xiàn)有的加速器中表現(xiàn)不佳，因為加速器的設(shè)計是兩年前定義的，但那時的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)早便不存在了。如果能縮短芯片設(shè)計周期，那我們就我們可以縮小差距。

Mirhoseini和高級軟件工程師AnnaGoldie提出了一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以學(xué)習做一個特別耗時的設(shè)計部分——placement。在對芯片設(shè)計進行了足夠長時間的研究后，它可以在不到24小時的時間內(nèi)為GoogleTensor處理單元完成設(shè)計，這個產(chǎn)品在功耗，性能和面積方面的表現(xiàn)，優(yōu)于人類專家花費了數(shù)周時間設(shè)計的產(chǎn)品。

我們知道，placement非常復(fù)雜且耗時，因為它涉及放置邏輯和內(nèi)存塊或稱為宏的那些塊的群集，從而使功率和性能較大化，并且芯片面積最小化。但這些設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)是——必須在遵守互連密度規(guī)則的同時進行所有這些工作。Goldie和Mirhoseini的目標是芯片placement，，因為即使使用當今的先進工具，人類專家也需要花費數(shù)周的迭代時間才能得出可接受的設(shè)計。

Goldie和Mirhoseini將芯片placement建模為強化學(xué)習問題。與典型的深度學(xué)習不同，強化學(xué)習系統(tǒng)不會訓(xùn)練大量的標簽數(shù)據(jù)。相反，他們會邊做邊學(xué)，并在成功時根據(jù)獎勵信號調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)。在這種情況下，獎勵是降低功率，改善性能和減少面積的組合的替代指標。結(jié)果，布局機器人執(zhí)行的設(shè)計越多，其任務(wù)就會越好。

該團隊希望像他們一樣的AI系統(tǒng)將使得在同一時間段內(nèi)設(shè)計更多的芯片，以及運行速度更快，功耗更低，制造成本更低，占地面積更少的芯片”的設(shè)計。

除了Google，還有兩大EDA巨頭Synopsys和Cadence也都發(fā)表了相關(guān)的AI設(shè)計芯片方案：

其中，Synopsys推出了業(yè)界一個用于芯片設(shè)計的自主人工智能應(yīng)用程序——DSO.ai?（DesignSpaceOptimizationAI），這是電子設(shè)計技術(shù)上所取得的重大突破。DSO.ai?解決方案的創(chuàng)新靈感來源于DeepMind的AlphaZero，使得AI在圍棋、象棋領(lǐng)域遠超人類。作為一款人工智能和推理引擎，DSO.ai能夠在芯片設(shè)計的巨大求解空間里搜索優(yōu)化目標。該解決方案大規(guī)模擴展了對芯片設(shè)計流程選項的探索，能夠自主執(zhí)行次要決策，幫助芯片設(shè)計團隊以專家級水平進行操作，并大幅提高整體生產(chǎn)力，從而在芯片設(shè)計領(lǐng)域掀起新一輪革命。

根據(jù)官方介紹，DSO.ai解決方案通過實現(xiàn)廣泛設(shè)計空間的自主優(yōu)化，徹底革新了搜索較好解決方案的過程。該引擎通過獲取由芯片設(shè)計工具生成的大數(shù)據(jù)流，并用其來探索搜索空間、觀察設(shè)計隨時間的演變情況，同時調(diào)整設(shè)計選擇、技術(shù)參數(shù)和工作流程，以指導(dǎo)探索過程向多維優(yōu)化的目標發(fā)展。DSO.ai采用新思科技研發(fā)團隊發(fā)明的高端機器學(xué)習技術(shù)來執(zhí)行大規(guī)模搜索任務(wù)，自主運行成千上萬的探索矢量，并實時獲取千兆字節(jié)的高速設(shè)計分析數(shù)據(jù)。

同時，DSO.ai可以自主執(zhí)行如調(diào)整工具設(shè)置等次要決策，為開發(fā)者減負，并讓芯片設(shè)計團隊接近專家級水平進行操作。此外，整個設(shè)計團隊可以高效分享和運用相關(guān)知識。這樣級別的高生產(chǎn)效率，意味著開發(fā)者能處理更多項目，并專注于更具創(chuàng)造性、更有價值的任務(wù)。

他們進一步指出，通過大規(guī)模擴展設(shè)計工作流程，DSO.ai讓用戶能夠立即洞悉難以探索的設(shè)計、工藝和技術(shù)解決方案空間。借助可見性的增強，芯片設(shè)計團隊可以在預(yù)算和進度內(nèi)，將更好性能和更高能效的差異化產(chǎn)品推向市場。這意味著設(shè)計團隊得以較大程度地發(fā)揮芯片工藝技術(shù)的優(yōu)勢，并不斷突破設(shè)計規(guī)模的極限。

借助DSO.ai解決方案，開發(fā)者的工作效率將大大提高，次要任務(wù)則可實現(xiàn)完全自動化執(zhí)行。DSO.ai能大幅縮短芯片設(shè)計團隊為新市場創(chuàng)建產(chǎn)品的交付時間，同時加速開發(fā)現(xiàn)有產(chǎn)品的衍生品，這意味著芯片設(shè)計團隊能輕松地根據(jù)產(chǎn)品的不同功能集合來重新定位不同市場。

此外，DSO.ai能充分利用較有價值的資源，即工程設(shè)計創(chuàng)造力。開發(fā)者能夠從費時的手動操作中解放出來，并接手新項目的工作，而新員工則能快速上手且達到經(jīng)驗豐富的專家水平，此外設(shè)計和制造的總體成本也被降至較低。

另一個EDA巨頭Cadence則發(fā)布業(yè)界一款基于機器學(xué)習引擎的新版數(shù)字全流程。據(jù)官方介紹，這是一個已經(jīng)過數(shù)百次先進工藝節(jié)點成功流片驗證的新版Cadenceò數(shù)字全流程，進一步優(yōu)化功耗，性能和面積，廣泛應(yīng)用于汽車，移動，網(wǎng)絡(luò)，高性能計算和人工智能（AI）等各個領(lǐng)域。流程采用了支持機器學(xué)習（ML）功能的統(tǒng)一布局布線和物理優(yōu)化引擎等多項業(yè)界首創(chuàng)技術(shù)，吞吐量較高提升3倍，PPA較高提升20%，助力實現(xiàn)卓越設(shè)計。

據(jù)介紹，經(jīng)過多項關(guān)鍵技術(shù)，全新Cadence數(shù)字全流程實現(xiàn)了PPA和吞吐量的進一步提升：

Cadence表示，iSpatial技術(shù)將Innovus?設(shè)計實現(xiàn)系統(tǒng)的GigaPlace?布線引擎和GigaOpt?優(yōu)化器集成到Genus?綜合解決方案，支持布線層分配，有效時鐘偏移和通孔支柱等特性。iSpatial技術(shù)讓用戶可以使用統(tǒng)一的用戶界面和數(shù)據(jù)庫完成從Genus物理綜合到Innovus設(shè)計實現(xiàn)的無縫銜接。

其集成的ML功能可以讓用戶用現(xiàn)有設(shè)計訓(xùn)練iSpatial優(yōu)化技術(shù)，實現(xiàn)傳統(tǒng)布局布線流程設(shè)計裕度的最小化。此外數(shù)字全流程采用統(tǒng)一的設(shè)計實現(xiàn)，時序簽核及電壓降簽核引擎，通過所有物理，時序和可靠性目標設(shè)計的同時收斂來增強簽核性能，幫助客戶降低設(shè)計裕度，減少迭代。

也許，我們期待的AI改變芯片設(shè)計時代，很快就要到來。