中科院推出全球首個(gè)AI芯片自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)“啟蒙”

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)合軟件研究所推出了全球首個(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)了從芯片硬件到基礎(chǔ)軟件的全流程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，其性能達(dá)到國(guó)際主流水平，相關(guān)研究成果已在線發(fā)表于arXiv預(yù)印本平臺(tái)上。

“啟蒙”系統(tǒng)的成功發(fā)布，預(yù)示著我國(guó)在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域邁入“AI自主設(shè)計(jì)”新紀(jì)元。未來(lái)，隨著該系統(tǒng)的不斷優(yōu)化和完善，有望在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用和推廣，為我國(guó)乃至全球的芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到人類專家水平

“啟蒙”系統(tǒng)依托大模型等先進(jìn)人工智能技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)CPU的自動(dòng)設(shè)計(jì)，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(kù)等基礎(chǔ)軟件。

在CPU自動(dòng)設(shè)計(jì)方面，該系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)國(guó)際首個(gè)全自動(dòng)化設(shè)計(jì)的CPU芯片“啟蒙1號(hào)”，5小時(shí)內(nèi)完成32位RISC-V CPU的全部前端設(shè)計(jì)，性能達(dá)到Intel 486水平，規(guī)模超過400萬(wàn)個(gè)邏輯門，已完成流片。

國(guó)際首個(gè)全自動(dòng)化設(shè)計(jì)的CPU芯片“啟蒙1號(hào)”實(shí)物

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，可滿足高性能邊緣計(jì)算需求。

啟蒙1號(hào)和啟蒙2號(hào)的性能對(duì)比

在基礎(chǔ)軟件方面，“啟蒙”系統(tǒng)同樣取得顯著成果?？勺詣?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%；跨平臺(tái)張量程序轉(zhuǎn)譯工具 QiMeng-Xpiler 可在英偉達(dá) GPU、寒武紀(jì) MLU 等不同芯片間自動(dòng)轉(zhuǎn)譯程序，性能最高達(dá)廠商手工優(yōu)化算子庫(kù)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。 

有望改變芯片設(shè)計(jì)范式

處理器芯片被譽(yù)為現(xiàn)代科技的“皇冠明珠”，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(zhǎng)。

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，市場(chǎng)對(duì)專用處理器芯片及其基礎(chǔ)軟件適配優(yōu)化的需求正日益增長(zhǎng)。然而，我國(guó)處理器芯片從業(yè)人員數(shù)量嚴(yán)重不足，難以滿足這一增長(zhǎng)的需求。

“啟蒙”系統(tǒng)的出現(xiàn)，有望改變這一現(xiàn)狀。它不僅能顯著減少人工參與、提升設(shè)計(jì)效率、縮短設(shè)計(jì)周期，更能針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)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。

未來(lái)展望

中科院計(jì)算技術(shù)研究所自2008年起布局芯片與AI交叉研究，曾研發(fā)“寒武紀(jì)”AI芯片。此次“啟蒙”系統(tǒng)的突破，依托處理器芯片全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（科技部首批標(biāo)桿實(shí)驗(yàn)室）的技術(shù)積累。實(shí)驗(yàn)室主任陳云霽表示：“這項(xiàng)技術(shù)將改變芯片設(shè)計(jì)范式，從‘人工設(shè)計(jì)’邁向‘AI生成’，為解決我國(guó)芯片人才短缺問題提供新路徑?！?/p>

盡管“啟蒙”系統(tǒng)已展示出巨大潛力，但其商業(yè)化仍面臨挑戰(zhàn)。一方面，需進(jìn)一步驗(yàn)證大規(guī)模量產(chǎn)的穩(wěn)定性；另一方面，需構(gòu)建完善的生態(tài)支持體系。中科院團(tuán)隊(duì)透露，下一步將拓展系統(tǒng)在先進(jìn)制程（如3納米）的應(yīng)用，并探索與晶圓廠的深度合作，加速技術(shù)落地。