用AI设计芯片：AlphaChip带来的巨大变化

芝能智芯出品

我们依赖芯片来训练强大的人工智能（AI）模型，随着AI的应用范围扩展，也开始反过来帮助我们设计更先进的芯片。

谷歌旗下的 DeepMind 在《自然》杂志的增刊中发表了一篇文章，详细介绍了他们的最新成果——AlphaChip。

不仅极大地缩短了设计周期，还在数小时内就能创造出超越人类设计的芯片布局，节省了大量的时间和成本，文章还公开了AlphaChip的一个预训练模型，让研究人员和工程师们可以更容易地利用这项技术。

Part 1

AlphaChip的诞生和工作原理

AlphaChip是首批将强化学习应用于实际工程问题的系统之一，能够以更快的速度、更低的成本和更少的能耗，设计出超越传统方法的芯片布局。

AlphaChip已经被用于设计谷歌自家的TPU（张量处理单元）的最新芯片布局，这些芯片广泛应用于数据中心和移动设备中。

AlphaChip的工作原理

设计芯片布局是一项极其复杂的任务，涉及到众多的电路模块和细微的导线连接。

为了简化这个过程，DeepMind借鉴了AlphaGo和AlphaZero的设计思路，将芯片布局问题转化为一种“游戏”。

AlphaChip从一个空的网格开始，逐步放置电路元件，直到完成整个布局。根据布局的效果，AlphaChip会得到反馈，进而不断优化其策略。

AlphaChip通过以下步骤工作：

●初始化：从一个空白的网格开始，没有电路元件。

●放置元件：AlphaChip逐个选择电路元件并将其放置在网格上的某个位置。

●评估布局：根据当前布局的质量，AlphaChip会收到一个奖励分数。布局质量的评估标准包括电路性能、功耗、面积利用率等。

●优化策略：AlphaChip根据收到的奖励分数，调整其放置策略，以提高未来布局的质量。

这种基于“边”的图神经网络方法，让AlphaChip能够理解和学习芯片组件之间的复杂关系，从而在不同的芯片设计上实现通用性，提高了布局的质量。

Part 2

AlphaChip的实际应用

AlphaChip不仅在谷歌内部发挥了重要作用，其影响力也扩散到了整个Alphabet集团、学术界以及整个芯片设计行业。

除了TPU之外，AlphaChip还为谷歌的Axion处理器等其他项目提供了设计支持。

外部公司，如联发科，也已经开始利用AlphaChip来加速它们最先进的芯片开发，比如用于三星手机的Dimensity Flagship 5G芯片。这不仅提升了产品的性能，还优化了功耗和芯片面积。

联发科高级副总裁SR Tsai表示：“AlphaChip的开创性AI方法彻底改变了芯片设计的关键阶段。”

AlphaChip的出现，开启了芯片设计的新篇章。它有潜力优化从计算机架构设计到制造的每一个环节，为智能手机、医疗设备、农业传感器等各种日常设备提供更高效、更经济、更环保的定制化芯片解决方案。

谷歌正在积极研发AlphaChip的新版本，希望能够与全球的研究和工业界合作，共同推动这一领域的进步，朝着更快、更便宜、更节能的芯片未来迈进。

未来的AlphaChip可能会在以下几个方面取得更大的突破：

●设计速度：进一步提高设计速度，缩短从概念到成品的时间。

●功耗优化：优化芯片的功耗，延长电池寿命，降低能源消耗。

●能效提升：提高芯片的整体能效，使其在高性能计算和移动设备中表现更佳。

●应用扩展：扩展到更多领域，如量子计算、自动驾驶芯片等前沿技术。

随着AlphaChip的应用逐渐广泛化，强化学习虽然在特定任务上表现出色，但在处理更为复杂的设计约束时，可能需要更大的计算资源。

芯片技术的快速演进，新材料和新工艺的引入将带来更多不确定性，这对AlphaChip的适应性提出了更高要求。

AI设计工具与人类设计师的配合。尽管AlphaChip能够在短时间内生成高质量的设计方案，但在某些情况下，仍需人类设计师的经验和判断来优化最终设计。

这种“人机协作”的设计方式如何有效结合，将是未来芯片设计行业的重要课题。

小结

AlphaChip的推出，不断加速我们的发展，芯片设计出了一个很大的转变。将人工智能与强化学习技术引入芯片布局规划，大幅提高了设计效率和性能，改变了传统芯片设计的方式，时代变了，以后我们人类能做什么是个大的问题。