近日，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軟件研究所，推出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”。該系統可以實現從芯片硬件到基礎軟件的全流程自動化設計，在多項關鍵指標上達到人類專家手工設計水平，標志著我國在人工智能自動設計芯片方面邁出堅實一步。
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。傳統處理器芯片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。隨著人工智能、云計算和邊緣計算等新興技術的發展，專用處理器芯片設計和相關基礎軟件適配優化需求日益增長。而我國處理器芯片從業人員數量嚴重不足，難以滿足日益增長的芯片設計需求。
啟蒙1號實物圖
啟蒙1號和啟蒙2號的性能對比
面對這一挑戰，“啟蒙”系統應運而生。該系統依托大模型等先進人工智能技術，可實現自動設計CPU，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，性能可比肩人類專家手工設計水平。
具體而言，在CPU自動設計方面，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，達到Intel 486性能，規模超過400萬個邏輯門，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，達到ARM Cortex A53性能，規模擴大至1700萬個邏輯門。在基礎軟件方面，“啟蒙”系統同樣取得顯著成果，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，不僅有望減少芯片設計過程的人工參與、提升設計效率、縮短設計周期，同時有望針對特定應用場景需求實現快速定制化設計，靈活滿足芯片設計日益多樣化的需求。