電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道，近日，中國科學院計算技術研究所處理器芯片全國重點實驗室聯(lián)合軟件研究所，推出全球首個基于人工智能技術的處理器芯片軟硬件全自動設計系統(tǒng) ——“啟蒙”。

該系統(tǒng)實現(xiàn)從芯片硬件到基礎軟件的全流程自動化設計，標志著 AI 設計芯片成為現(xiàn)實，且其設計在多項關鍵指標上達到人類專家手工設計水平。相關研究成果已發(fā)布于預印本網(wǎng)站 arXiv。

在 CPU 自動設計領域，“啟蒙” 系統(tǒng)打造出國際首個全自動化設計的 CPU 芯片 “啟蒙 1 號”，僅用 5 小時便完成 32 位 RISC-V CPU 的全部前端設計。該芯片性能達到 Intel 486 水平，規(guī)模超 400 萬個邏輯門，且已完成流片。其升級版 “啟蒙 2 號” 為國際首個全自動設計的超標量處理器核，性能達到 ARM Cortex A53 水平，規(guī)模擴大至 1700 萬個邏輯門。

基礎軟件設計方面，“啟蒙” 系統(tǒng)同樣成績斐然。它可自動生成定制優(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%；實現(xiàn)不同芯片和編程模型間的自動程序轉(zhuǎn)譯，性能最高可達廠商手工優(yōu)化算子庫的 2 倍；還能自動生成矩陣乘等高性能算子，在 RISC-V CPU 和 NVIDIA GPU 上的性能分別提升 110% 和 15% 以上。

事實上，中科院計算所去年就已透露相關研究進展，當時尚未以 “啟蒙” 系統(tǒng)命名發(fā)布。據(jù)介紹，研究團隊聚焦處理器芯片自動設計面臨的精度與規(guī)模兩大挑戰(zhàn)，提出以驗證為中心的處理器智能設計方法學：從隨機電路開始，由機器全自動完成驗證、調(diào)試和修復的反復迭代，直至生成滿足設計需求的目標電路。

為此，團隊將處理器自動設計問題轉(zhuǎn)化為從驗證程序輸入輸出（IO）出發(fā)，自動生成大規(guī)模二元決策圖（BDD）表示的問題。針對此，設計出二元猜測圖（BSD），將傳統(tǒng) BDD 中的確定性子圖，替換為 BSD 中通過對 IO 進行蒙特卡洛采樣確定的猜測節(jié)點。

憑借上述方法，系統(tǒng)在 5 小時內(nèi)自動設計出含超 400 萬個邏輯門的通用處理器 “啟蒙 1 號”，將現(xiàn)有自動設計電路規(guī)模提升 3 至 4 個數(shù)量級。“啟蒙 1 號” 作為世界上首顆無人工干預、全自動設計的處理器芯片，可正常運行 Linux 操作系統(tǒng)，實測性能達 Intel 486 水平。

“啟蒙” 系統(tǒng)的發(fā)布，是 EDA 工具與 AI 技術融合的重要里程碑，標志著芯片設計從 “高度依賴專家經(jīng)驗” 的手工時代，邁入 “AI 驅(qū)動、自動化主導” 的新紀元。它開創(chuàng)了全新的芯片設計范式，突破傳統(tǒng)設計方法與流程的局限，為芯片設計行業(yè)帶來新思路，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

此前，全球 EDA 廠商已在 AI 技術領域深入探索，生成式 AI（GenAI）從輔助工具逐步升級為核心設計引擎。例如，Synopsys 的 GenAI 技術能快速解析數(shù)百頁芯片設計規(guī)格文檔，提取關鍵信息供設計師參考；作為行業(yè)領軍企業(yè)，新思科技推出全流程 AI 驅(qū)動的芯片設計優(yōu)化工具 DSO.ai（Design Space Optimization AI），通過強化學習自動探索設計空間，優(yōu)化時序、功耗和面積（PPA）；還打造集成布局布線與 AI 優(yōu)化的綜合平臺 Fusion Compiler，基于 Transformer 架構(gòu)的布線算法，提升復雜電路的路由效率。

展望未來，EDA 工具將圍繞智能化、集成化、綠色化、開源化四大核心趨勢發(fā)展，AI 會成為核心驅(qū)動力，而開源與云原生將重塑產(chǎn)業(yè)生態(tài)。