英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾曾說過，集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目大約每經(jīng)過18個月便會增加一倍。換句話說，處理器的性能每隔兩年就會翻一倍。這句話作為經(jīng)驗之談，一定程度上揭示了信息技術(shù)發(fā)展的迅猛，后來成為著名的“摩爾定律”。然而，隨著制程的不斷演進，無法自動布局規(guī)劃已成為芯片突破的一個重要挑戰(zhàn)，這一定律在近年來也有所放緩。
近日，來自美國加州谷歌研究院的科學(xué)家，通過一種深度強化學(xué)習(xí)方法完成了芯片的布局設(shè)計。原本人類專家需要花費數(shù)周時間完成的過程，現(xiàn)在平均6小時內(nèi)就能完成，速度超過28倍。
一般情況下，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。每個芯片上包含數(shù)了千萬個邏輯門（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，它們的位置對設(shè)計結(jié)果至關(guān)重要，因為相應(yīng)的位置會在很大程度上影響芯片的處理速度和電源效率。到目前為止，尤其是在布局規(guī)劃方面還沒有任何自動化嘗試，它常常是由專業(yè)的人類工程師在數(shù)周或數(shù)月內(nèi)努力工作而出。
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。針對這一板塊的缺失，谷歌的研究團隊研究開發(fā)出一種機器學(xué)習(xí)工具，用來加速布局規(guī)劃的流程。
科學(xué)家們將芯片的布局規(guī)劃部分設(shè)計為一個強化學(xué)習(xí)問題，開發(fā)出可完成的芯片設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這個智能網(wǎng)絡(luò)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）。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，提速超過了28倍。
該設(shè)計不僅大大節(jié)約了時間成本，還打破了芯片開發(fā)計劃中可以探索解決的方案數(shù)量。目前，研究團隊的布局規(guī)劃方案已經(jīng)被應(yīng)用在谷歌下一代AI處理器的設(shè)計上，未來該研究或也能用于優(yōu)化城市規(guī)劃、疫苗測試等。
