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第 7 节 芯片设计自动化的前景（第1页）

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随着晶体管集成数量的急剧增加，芯片设计的复杂度也相应地大大增加。为了设计一个AI芯片，往往需要投入大量的人力和资金，设计也需要至少一年的周期。在技术不断更新的后摩尔时代，这显然已经构成了一个巨大挑战。

因此，AI芯片设计流程需要有颠覆性的改进和变动，以使芯片设计变得更高效、更迅速，而且更简洁。有几种方法将会被采用：

1.算法设计和芯片设计紧密配合

这包括以下几方面。

（1）由芯片驱动算法设计：评估各种AI芯片架构的运行能力，然后再改进算法；

（2）由算法驱动芯片设计：根据应用需求和算法来设计AI芯片，或先用FPGA来实现研究型样片；

（3）算法和芯片协同设计：算法设计和芯片设计在一起进行，这需要与合适的公司或团队建立合作关系。

2.AI算法用于EDA芯片设计工具

使用深度学习等AI算法之后，可使现有的EDA工具带有智能。在设计模拟电路、RF电路的时候，一些元器件的参数需要优化，而设计芯片版图的时候，布局布线需要在芯片面积、时序、拥塞和线长等多个指标上得到优化。这类最优化问题过去一直是芯片设计中最花时间、最难解决的问题，而现在有了合适的AI算法，可以在这方面充分发挥作用。

谷歌在ISSCC2020上介绍了把AI用于ASIC芯片设计中布局布线的成果。如果让芯片设计专家完成这项任务通常需要一周甚至数周时间，而AI布局布线通常在24小时内就能完成相同的工作量，并且布局的连线通常更短。谷歌使用了深度强化学习方法对芯片布局问题建立模型。与典型的深度学习不同，强化学习系统不会训练大量的标签数据，而是会边做边学，并在成功时根据奖励信号调整网络中的参数。在这种情况下，奖励是降低功率、改善性能和减小面积三方面的组合指标。而执行的设计越多，其任务就会完成得越好。

AI可能还会扩展到芯片设计过程的其他部分，包括使用AI来帮助生成测试用例，以更充分地进行ASIC设计验证；也许还可以使用AI来改进高级代码综合以达到更优化的设计。另外，AI也可以帮助EDA工具在信号完整性和电源完整性方面加速自动化过程。这些可能的应用方向对深度学习本身的普及很重要，同时对加速芯片设计进度也是一样的重要。

3.芯粒的发展非常迅速

如果有朝一日芯粒的品种达到了几万甚至几十万种，AI芯片设计公司只需要从市场上选择各种各样的芯粒，搭配一些简单的电路，把它们组合在一起设计，再向晶圆厂下单进行芯片制造，再封测成为一个新的芯片，就可以大大节省费用并缩短开发周期。?备案号:YXX1A2ReOYrSOJnO8DIovb2

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随着晶体管集成数量的急剧增加，芯片设计的复杂度也相应地大大增加。为了设计一个AI芯片，往往需要投入大量的人力和资金，设计也需要至少一年的周期。在技术不断更新的后摩尔时代，这显然已经构成了一个巨大挑战。

因此，AI芯片设计流程需要有颠覆性的改进和变动，以使芯片设计变得更高效、更迅速，而且更简洁。有几种方法将会被采用：

1.算法设计和芯片设计紧密配合

这包括以下几方面。

（1）由芯片驱动算法设计：评估各种AI芯片架构的运行能力，然后再改进算法；

（2）由算法驱动芯片设计：根据应用需求和算法来设计AI芯片，或先用FPGA来实现研究型样片；

（3）算法和芯片协同设计：算法设计和芯片设计在一起进行，这需要与合适的公司或团队建立合作关系。

2.AI算法用于EDA芯片设计工具

使用深度学习等AI算法之后，可使现有的EDA工具带有智能。在设计模拟电路、RF电路的时候，一些元器件的参数需要优化，而设计芯片版图的时候，布局布线需要在芯片面积、时序、拥塞和线长等多个指标上得到优化。这类最优化问题过去一直是芯片设计中最花时间、最难解决的问题，而现在有了合适的AI算法，可以在这方面充分发挥作用。

谷歌在ISSCC2020上介绍了把AI用于ASIC芯片设计中布局布线的成果。如果让芯片设计专家完成这项任务通常需要一周甚至数周时间，而AI布局布线通常在24小时内就能完成相同的工作量，并且布局的连线通常更短。谷歌使用了深度强化学习方法对芯片布局问题建立模型。与典型的深度学习不同，强化学习系统不会训练大量的标签数据，而是会边做边学，并在成功时根据奖励信号调整网络中的参数。在这种情况下，奖励是降低功率、改善性能和减小面积三方面的组合指标。而执行的设计越多，其任务就会完成得越好。

AI可能还会扩展到芯片设计过程的其他部分，包括使用AI来帮助生成测试用例，以更充分地进行ASIC设计验证；也许还可以使用AI来改进高级代码综合以达到更优化的设计。另外，AI也可以帮助EDA工具在信号完整性和电源完整性方面加速自动化过程。这些可能的应用方向对深度学习本身的普及很重要，同时对加速芯片设计进度也是一样的重要。

3.芯粒的发展非常迅速

如果有朝一日芯粒的品种达到了几万甚至几十万种，AI芯片设计公司只需要从市场上选择各种各样的芯粒，搭配一些简单的电路，把它们组合在一起设计，再向晶圆厂下单进行芯片制造，再封测成为一个新的芯片，就可以大大节省费用并缩短开发周期。?备案号:YXX1A2ReOYrSOJnO8DIovb2

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