現(xiàn)今電子設(shè)備的功能著實(shí)令人驚嘆。每隔幾個(gè)月，開發(fā)者似乎總能突破可能的界限，而短短幾個(gè)月后，他們又會(huì)再度超越。萬(wàn)物互聯(lián)，產(chǎn)品尺寸日趨縮小，而功能卻日益強(qiáng)大。

然而，隨著尺寸越來越小，開發(fā)者要想不斷超越當(dāng)前認(rèn)知的極限，便會(huì)變得愈發(fā)具有挑戰(zhàn)性。創(chuàng)新越來越難，而開發(fā)資源日益稀缺，則更是讓創(chuàng)新難乎其難。預(yù)計(jì)到2030年，半導(dǎo)體行業(yè)將面臨嚴(yán)重的開發(fā)人才短缺。毋庸諱言，人工智能（AI）將在應(yīng)對(duì)芯片設(shè)計(jì)效率和創(chuàng)新挑戰(zhàn)方面發(fā)揮舉足輕重的作用。

企業(yè)如何利用人工智能在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境中保持競(jìng)爭(zhēng)力？云計(jì)算是否對(duì)此也有影響？

本文將簡(jiǎn)要介紹關(guān)于意法半導(dǎo)體和微軟的案例研究，探討人工智能驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)空間優(yōu)化如何幫助開發(fā)者在優(yōu)化功耗、性能和面積（PPA）的同時(shí)提高芯片設(shè)計(jì)效率。

意法半導(dǎo)體：人工智能使芯片設(shè)計(jì)效率提高3倍

意法半導(dǎo)體（ST）在SNUG硅谷大會(huì)上發(fā)表了演講，介紹了人工智能如何幫助他們成功完成Arm Cortex-A510項(xiàng)目。作為該類別首個(gè)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目，開發(fā)者需要探索與存儲(chǔ)器、版圖布局規(guī)劃和時(shí)序路徑分組相關(guān)的各種設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置可能性，這也為設(shè)計(jì)空間探索引入了更多變化參數(shù)（Permuton）。此外，該設(shè)計(jì)采用7nm節(jié)點(diǎn)工藝，這對(duì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來說也是全新的挑戰(zhàn)。這些意味著要探索的搜索空間非常龐大，達(dá)到1025之巨。如此龐大的搜索空間簡(jiǎn)直令人生畏，傳統(tǒng)方法對(duì)此無(wú)能為力。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，意法半導(dǎo)體采用了人工智能驅(qū)動(dòng)的新思科技DSO.ai（設(shè)計(jì)空間優(yōu)化）解決方案。DSO.ai可以優(yōu)化功耗、性能和面積（PPA），實(shí)現(xiàn)出色的權(quán)衡并探索各種設(shè)計(jì)選項(xiàng)。

DSO.ai首先選擇參數(shù)值，然后，其專用算法會(huì)生成一組PPA結(jié)果。根據(jù)從第一次迭代中學(xué)習(xí)到的內(nèi)容，系統(tǒng)會(huì)對(duì)好的或最佳結(jié)果進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，讓系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)。這個(gè)學(xué)習(xí)系統(tǒng)使PPA搜索空間的探索變得不僅高效，而且高度可擴(kuò)展。

意法半導(dǎo)體利用DSO.ai，通過3000次運(yùn)行覆蓋了包含180個(gè)Permuton的整個(gè)搜索空間，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)頻率和最佳功耗之間的權(quán)衡（動(dòng)態(tài)功耗/漏電功耗），同時(shí)保持了所需的版圖布局尺寸。總體而言，設(shè)計(jì)效率提高了3倍。

意法半導(dǎo)體還成功地將DSO.ai部署到了云端，節(jié)約了大量的計(jì)算資源和基礎(chǔ)設(shè)施布置時(shí)間。該解決方案在Microsoft Azure云上實(shí)施，利用通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以輕松導(dǎo)出/導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)和遠(yuǎn)程調(diào)度任務(wù)。這種云端解決方案讓意法半導(dǎo)體能夠按需擴(kuò)展，并且團(tuán)隊(duì)之間協(xié)作更緊密。

微軟：功耗降低多達(dá)15%

與意法半導(dǎo)體類似，微軟也利用DSO.ai來降低功耗、提高芯片利用率和改善性能。微軟使用新思科技Fusion Compiler實(shí)現(xiàn)了零裕量物理實(shí)現(xiàn)流程，主要目標(biāo)是為了優(yōu)化功耗。該流程經(jīng)過高度優(yōu)化，采用了最新的Fusion Compiler技術(shù)，并結(jié)合了開發(fā)者的設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行自定義數(shù)據(jù)路徑優(yōu)化。

在上述Fusion Compiler流程的基礎(chǔ)上，使用DSO.ai實(shí)現(xiàn)自動(dòng)設(shè)計(jì)空間探索。在初始設(shè)計(jì)階段，DSO.ai使用“冷啟動(dòng)”實(shí)現(xiàn)。但是，隨著設(shè)計(jì)的不斷修改完善，后續(xù)的DSO.ai探索利用之前學(xué)到的知識(shí)來實(shí)現(xiàn)了“熱啟動(dòng)”。隨著更多的談搜實(shí)例化，機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）模型不斷學(xué)習(xí)，加快收斂速度，同時(shí)減少了整個(gè)設(shè)計(jì)周期中的計(jì)算需求。最終，在其他性能指標(biāo)沒有下降的前提下，所有模塊的功耗降低了10%-15%。

審核編輯：彭菁