世界上第一个“AI自己设计芯片”系统，“启蒙”来了

6月10日，《中国科学报》从中国科学院计算技术研究所(以下简称计算所)获悉，该处理器芯片国家重点实验室与中国科学院软件研究所联合推出了全球基于人工智能技术的处理器芯片软硬件自动设计系统——“启蒙”。相关技术论文已在arXiv预印平台上在线发表。

据相关负责人介绍，“启蒙”系统可以实现从芯片硬件到基础软件的全过程自动化设计，在很多关键指标上已经达到了人类专家的手工设计水平，标志着中国在人工智能自动设计芯片方面迈出了坚实的一步。

处理器芯片被称为现代科学技术的“皇冠明珠”，其设计过程复杂精准，专业门槛极高。传统的处理器芯片设计高度依赖有经验的专家团队，通常需要100多人参与，耗时数月甚至数年，成本高，周期长。随着人工智能、云计算、边缘计算等新技术的发展，对专用处理器芯片设计和相关基础软件适应的需求日益增加。然而，中国的处理器芯片从业人员数量严重不足，无法满足日益增长的ic设计需求。

面对这一挑战，在上述团队的努力下，“启蒙”系统应运而生。据报道，该系统可以通过大模型等人工智能技术自动设计CPU，并可以自动为芯片配置相应的操作系统、翻译程序、高性能算法库等基础软件，性能可以与人类专家的手工设计水平相媲美。

具体而言，在CPU自动化设计方面，该系统已经实现了CPU芯片“启蒙1号”的国际首个全自动化设计， 32位RISCC在5小时内完成。-V 所有CPU前端设计都可以实现Intel 486性能，规模超过4万个逻辑门，已完成流片。它的升级版《启蒙2号》是世界上第一个全自动设计的超标Cpu核，实现了ARM。 Cortex A53性能，规模扩大到1.7万个逻辑门。在基础软件方面，“启蒙”系统也取得了显著的效果。定制优化后的操作系统核配备可以一键生成，性能比专家手动优化提高25.6%。;可以实现不同芯片和不同编程模型之间的自动程序翻译，最高性能是制造商手动提升算法库的两倍;RISC可以自动生成矩阵乘等高性能算法-V CPU和NVIDIA GPU的性能分别提高了110%和15%以上。

该负责人表示，这项研究有望改变处理器芯片软硬件的设计范式，不仅有望减少人工参与ic设计过程，提高设计效率，缩短设计周期，还有望根据特定应用场景的需要实现高效定制设计，灵活满足ic设计日益多样化的需求。

数据显示，自2008年以来，计算机构已经开始长期从事ic设计和人工智能交叉研究。其中一个众所周知的输出是人工智能芯片的“寒武纪”。计算机已经积累了十多年，从未停止探索如何使用人工智能方法来促进ic设计的完全自动化。

依托计算机构成立的处理器芯片国家重点实验室，是中国科学院批准正式启动的首批重点实验室之一，2022年5月被科技部选为国家重点实验室的首批20个标杆。实验室学术委员会主任是中国工程院教授孙凝晖，实验室主任是计算机构研究员陈云邈。