全球首個！處理器芯片軟硬件全自動設計系統“啟蒙”發布

來源：科技日報

記者：代小佩

記者6月10日獲悉，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“啟蒙”近日正式發布。該系統能實現從芯片硬件到基礎軟件的全流程自動化設計，意味著實現AI設計芯片，而且其設計在多項關鍵指標上達到人類專家手工設計水平。相關研究成果近日發布于預印本網站arXiv。

處理器芯片被譽為現代科技的“皇冠明珠”，其設計過程復雜精密、專業門檻極高。傳統設計高度依賴經驗豐富的專家團隊，往往需要數百人參與、耗時數月甚至數年，成本高昂、周期漫長。與此同時，隨著人工智能、云計算和邊緣計算等新興技術的發展，市場對專用處理器芯片及其基礎軟件適配優化的需求正日益增長。然而，我國處理器芯片從業人員數量嚴重不足，難以滿足這一增長的需求。

面對這一挑戰，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合中國科學院軟件研究所，推出“啟蒙”系統。該系統依托大模型等先進人工智能技術，可實現CPU的自動設計，并能為芯片自動配置相應的操作系統、轉譯程序、高性能算子庫等基礎軟件。

“啟蒙1號”實物

在CPU自動設計方面，利用“啟蒙”系統實現國際首個全自動化設計的CPU芯片“啟蒙1號”，5小時內完成32位RISC-V CPU的全部前端設計，性能達到Intel 486水平，規模超過400萬個邏輯門，目前已完成流片。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，規模擴大至1700萬個邏輯門。

“啟蒙1號”和“啟蒙2號”的性能對比

在基礎軟件方面，“啟蒙”系統同樣取得顯著成果。例如，可自動生成定制優化后的操作系統內核配置，性能相比專家手工優化提升25.6%；可實現不同芯片和不同編程模型之間的自動程序轉譯，性能最高達到廠商手工優化算子庫的2倍；可自動生成矩陣乘等高性能算子，在RISC-V CPU和NVIDIA GPU上的性能分別提高110%和15%以上。

這項研究有望改變處理器芯片軟硬件的設計范式。它不僅能顯著減少人工參與、提升設計效率、縮短設計周期，更能針對特定應用場景需求實現快速定制化設計，靈活滿足日益多樣化的芯片設計需求。

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