原本人類專家需要花費數(shù)周時間完成的芯片布局設(shè)計，目前通過一種深度強化學(xué)習(xí)方法，平均6小時內(nèi)就能完成這個過程，速度超28倍。
6月10日，來自美國加州谷歌研究院（Google Research）的Azalia Mirhoseini、Anna Goldie等在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)發(fā)表的一篇論文《一個快速芯片設(shè)計的布圖布局方法》（A graph placement methodology for fast chip design）中指出，機器學(xué)習(xí)工具可以極大地加速計算機芯片設(shè)計。
Barrett et al.
微芯片的面積約為幾十到數(shù)百毫米平方，在一塊指甲蓋大小的硅片上排列并互連了數(shù)十億個晶體管。每個芯片可以包含數(shù)千萬個邏輯門，稱為標(biāo)準(zhǔn)單元，以及數(shù)千個存儲塊，稱為宏塊或宏。單元和宏塊通過數(shù)十公里的布線互連以實現(xiàn)設(shè)計的功能。
芯片中單元和宏塊的位置對設(shè)計結(jié)果至關(guān)重要。它們的位置決定了布線必須跨越的距離，從而影響能否在組件之間成功布線以及信號在邏輯門之間傳輸?shù)乃俣取?/P>
美國加州大學(xué)圣迭戈分校的Andrew Kahng在《自然》發(fā)表的《人工智能系統(tǒng)在設(shè)計微芯片平面圖方面勝過人類》（AI system outperforms humans in designing floorplans for microchips）中寫道，微芯片設(shè)計的成敗在很大程度上取決于“布局規(guī)劃” （floorplanning）和放置的步驟。
這些步驟決定了內(nèi)存和邏輯元件在芯片上的位置，相應(yīng)的位置會極大地影響芯片設(shè)計是否能夠滿足處理速度和電源效率等操作要求。到目前為止，尤其是在布局規(guī)劃方面沒有任何自動化嘗試。因此，它常常是由專業(yè)的人類工程師在數(shù)周或數(shù)月內(nèi)反復(fù)和艱苦地執(zhí)行的。在芯片的設(shè)計過程中，全局布線是最復(fù)雜和耗時的階段之一，也是決定芯片整體性能的關(guān)鍵。
谷歌的研究團隊發(fā)現(xiàn)，機器學(xué)習(xí)工具可以用來加速“布局規(guī)劃”的流程。該研究團隊將芯片的布局規(guī)劃部分設(shè)計為一個強化學(xué)習(xí)問題，并開發(fā)了可完成可行芯片設(shè)計的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。他們訓(xùn)練了一個強化學(xué)習(xí)智能體，這個智能體會把布局規(guī)劃看作一個棋盤游戲：元件是“棋子”，放置元件的畫布是“棋盤”，“獲勝結(jié)果”則是根據(jù)一系列評估指標(biāo)評出的最優(yōu)性能（評估基于一個包含1萬例芯片布局的參考數(shù)據(jù)集）。
作者指出，這種方法能在6小時內(nèi)設(shè)計出與人類專家不相上下或是更好的可行芯片布局。
人類設(shè)計的微芯片平面圖與機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)生成的平面圖不同
Andrew Kahng認(rèn)為，“開發(fā)出比當(dāng)前方法更好、更快、更省錢的自動化芯片設(shè)計方法，有助于延續(xù)芯片技術(shù)的‘摩爾定律’ �！蹦柖芍该繅K芯片的元件數(shù)量大約每兩年會翻一番，這種進步速度相當(dāng)于芯片上組件數(shù)量每周增加約1%。“因此，無法自動進行布局規(guī)劃是有問題的——不僅因為相關(guān)的時間成本，還因為它限制了芯片開發(fā)計劃中可以探索的解決方案的數(shù)量�！�
他還表示，研究團隊的布局規(guī)劃方案已經(jīng)被應(yīng)用在谷歌的下一代AI處理器的設(shè)計上，這也顯示出其可應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。除了加速芯片設(shè)計外，該研究或也能用于優(yōu)化城市規(guī)劃、疫苗測試等。
