CPU RISC-V de 32 bits
No primeiro semestre de 2023, a onda de IA liderada pelo ChatGPT varreu o mundo, e os principais fabricantes começaram a implantar sua própria IA. A alta demanda por poder de computação da IA generativa também fez com que as vendas de chips GPU disparassem, e os recursos globais de poder de computação estão em estado de escassez. A fim de melhorar a produtividade do chip, o Instituto de Tecnologia da Computação da Academia Chinesa de Ciências usou tecnologia de IA para projetar uma CPU RISC-V de 32 bits "Enlightenment No. 1" – este é o primeiro chip de CPU totalmente automático do mundo sem intervenção humana.
Entende-se que esta CPU utiliza um processo de 65 nm com uma frequência de 300 MHz, e a CPU foi finalizada em dezembro de 2021. A CPU executa com sucesso o sistema operacional Linux e o programa SPEC CPU 2000 após a inicialização, e seu desempenho é equivalente ao do 80486SX da série Intel 486, mas o ciclo de design é reduzido para 1/1000 dele.
CPU tradicional vs. CPU com IA
De acordo com relatos, a fabricação avançada de chips deve passar por mais de 1.000 etapas. Cálculos complexos são necessários em cada etapa, e cada etapa deve ser quase perfeita, e o mesmo se aplica ao projeto e fabricação de CPUs. Nesse trabalho desafiador, geralmente é necessária uma equipe de engenheiros para escrever o código e, em seguida, concluir o projeto do circuito com o auxílio de ferramentas EDA. Nesse processo, testes repetidos e otimização da verificação são indispensáveis. É justamente porque o processo é extremamente complexo e tedioso, além de exigir muito trabalho e recursos. Às vezes, leva meses ou até anos para concluir um projeto de design de chip em grande escala. Tomando como exemplo a CPU Intel K486, são necessários 190 dias apenas para a etapa de verificação.
Os pesquisadores do Enlightenment 1, com base no algoritmo BSD Binary Speculation Diagram (BSD), usam tecnologia de IA para gerar automaticamente projetos de CPU diretamente da entrada-saída (IO) de casos de teste. Nesse processo, não há necessidade de os engenheiros fornecerem qualquer código ou descrição em linguagem natural, e ele é concluído em 5 horas. Embora o processo de treinamento leve menos de 5 horas, ele pode atingir uma precisão de teste de verificação >99,999999999%, portanto, apenas casos de teste são necessários para gerar diretamente a lógica do circuito que atende aos requisitos, o que pode eliminar o projeto lógico e a verificação no link do processo de projeto tradicional.
Na verdade, esta não é a primeira vez que a IA gera um chip. Anteriormente, pesquisadores da Escola de Engenharia Tandon da Universidade de Nova York usaram o ChatGPT-4 para gerar um chip microprocessador por meio de "diálogos" simples em inglês. Quatro milhões de portas lógicas foram geradas em uma hora, o que é 4.000 vezes maior do que a escala de circuito atual que pode ser projetada pelo GPT-4.
Atualmente, com o desenvolvimento da tecnologia de IA, cada vez mais empresas começaram a introduzi-la no design e na fabricação de chips. Alguns especialistas do setor afirmaram que, embora o desempenho da CPU Enlightenment No. 1 ainda seja relativamente fraco e não possa ser comparado com CPUs de nível superior, desde que a IA seja continuamente treinada e o caminho técnico seja continuamente explorado, espera-se que a CPU gerada automaticamente pela IA esteja em 5 anos. -Em 10 anos, atingir ou até mesmo exceder o nível de CPU projetada por especialistas humanos.
Avaliação de uma CPU RISC-V projetada por IA, da ISA ao silício
A expressão processador criado por IA pode sugerir que um modelo de linguagem produziu sozinho um chip acabado, porém uma CPU RISC-V desse tipo precisa ser avaliada etapa por etapa. O modelo pode propor a arquitetura, gerar RTL, corrigir erros de compilação ou pesquisar parâmetros; engenheiros ainda definem o perfil ISA, as restrições, o ambiente de verificação, as bibliotecas de síntese e os critérios de sign-off. Testes de conformidade comprovam o comportamento das instruções, não o fechamento de timing, a integridade de alimentação, a fabricação ou a ausência de estados ocultos. A alegação depende de evidências rastreáveis até o silício medido.
- Limite da geração: Informe se a IA produziu requisitos, módulos Verilog, testbenches ou parâmetros e registre toda edição manual feita depois.
- Conformidade da ISA: Valide o perfil RV32 ou RV64, privilégios, exceções e extensões selecionadas contra um modelo independente.
- Confiança no RTL: Combine lint, travessias de clock, assertions, equivalência formal, instruções aleatórias e fechamento de cobertura, pois compilar não é suficiente.
- Base para PPA: Compare potência, desempenho e área com a mesma tecnologia, tensão, frequência alvo, memórias e restrições físicas.
- Evidência em silício: Separe demonstração em FPGA de chip fabricado e divulgue frequência, carga, amostra de rendimento e erratas apenas nas condições medidas.
No entanto, acho duvidoso que a IA realmente "elimine" os designers de chips humanos no futuro. Afinal, antes de atingir o estágio de inteligência artificial forte, a IA pode ser usada apenas como auxiliar. Afinal, a inovação contínua dos designers de chips humanos é a base do desenvolvimento e progresso contínuos da tecnologia de chips.
