本文來自微信公眾號(hào)“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫”。
“Chipchat”讓普通人可以設(shè)計(jì)芯片。
人工智能在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已經(jīng)不是新鮮話題了。已經(jīng)有幾種電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具使用了人工智能技術(shù)，人工智能在芯片布局和其他元素方面顯示出令人印象深刻的結(jié)果。
近日，紐約大學(xué)Tandon工程學(xué)院的研究人員使用簡單的英語“對(duì)話”與AI模型制造了一個(gè)微處理芯片，這是一項(xiàng)史無前例的成就，可以加快芯片開發(fā)速度，更重要的是這將允許沒有專業(yè)技術(shù)技能的個(gè)人設(shè)計(jì)芯片。
兩名硬件工程師使用標(biāo)準(zhǔn)英語與ChatGPT-4“交談”，并設(shè)計(jì)了一種新型的微處理器架構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)和ChatGPT設(shè)計(jì)的芯片并不是一個(gè)完整的處理器，它是整個(gè)CPU的一個(gè)部分：負(fù)責(zé)創(chuàng)建一個(gè)新穎的基于8位累加器的微處理器架構(gòu)的邏輯。該芯片隨后被送往Skywater 130 nm光刻機(jī)上進(jìn)行制造。該團(tuán)隊(duì)聲稱，這項(xiàng)研究標(biāo)志著LLM設(shè)計(jì)的IC首次真正投入生產(chǎn)。
該團(tuán)隊(duì)使用125條消息成功創(chuàng)建了他們的IC。
累加器本質(zhì)上是寄存器（內(nèi)存），其中存儲(chǔ)中間計(jì)算的結(jié)果，直到主計(jì)算完成。但它們是CPU工作方式不可或缺的一部分；也許還可以設(shè)計(jì)其他必要的單元。這一成果表明，未來成為EDA設(shè)計(jì)師的知識(shí)門檻要低得多。也許有一天，足夠多的CPU碎片會(huì)被公開，這樣更多的ChatGPT用戶將可以在家里設(shè)計(jì)他們的CPU架構(gòu)。
第一個(gè)完全由AI生成的HDL
通常，開發(fā)任何類型的硬件包括芯片，都是從用普通語言描述硬件應(yīng)該做什么開始的。經(jīng)過專門培訓(xùn)的工程師然后將該描述翻譯成硬件描述語言(HDL)，Verilog就是其中一種，Verilog語言主要用于在集成電路設(shè)計(jì)，特別是超大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。
使用LLM創(chuàng)建IC（集成電路）的設(shè)計(jì)流程。（來源：紐約大學(xué)Tandon）
研究人員使用商業(yè)和公開可用的大型語言模型(LLM)來研究八個(gè)硬件設(shè)計(jì)示例，在工程師和LLM之間的實(shí)時(shí)來回交互中，通過純英文文本處理其Verilog(HDL)等效。
“這項(xiàng)研究產(chǎn)生了我們認(rèn)為是第一個(gè)完全由AI生成的HDL，用于制造物理芯片，”紐約大學(xué)Tandon的研究助理教授兼研究團(tuán)隊(duì)成員Hammond Pearce博士說。“一些人工智能模型，如OpenAI的ChatGPT和谷歌的Bard，可以生成不同編程語言的軟件代碼，但它們?cè)谟布O(shè)計(jì)中的應(yīng)用尚未得到廣泛研究。這項(xiàng)研究表明AI也可以使硬件制造受益，尤其是當(dāng)它被用于對(duì)話時(shí)，你可以通過一種有來有往的方式來完善設(shè)計(jì)。”
一個(gè)突破生成人工智能極限的項(xiàng)目
Pearce博士解釋說，他的團(tuán)隊(duì)的研究項(xiàng)目Chip Chat的靈感源于了解硬件設(shè)計(jì)空間中現(xiàn)有生成AI大型語言模型(LLM)的能力和局限性的愿望。
“我們很想知道這些模型到底有多好，”他說。“很多人看著這些模型說，‘這些模型只是玩具，真的。’我不認(rèn)為它們是玩具。它們肯定會(huì)無處不在，這就是我們進(jìn)行Chip Chat的原因——幾乎就像是概念驗(yàn)證演示。”
在更實(shí)際的層面上，使用基于聊天的AI助手可以幫助解決芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)：硬件定義語言(HDL)。雖然像Verilog這樣的HDL代碼對(duì)于設(shè)計(jì)微處理器至關(guān)重要，但它們需要非常專業(yè)的知識(shí)。
“硬件描述語言的一大挑戰(zhàn)是沒有多少人知道如何編寫它們，”Pearce博士說。“要成為相關(guān)領(lǐng)域的專家是相當(dāng)困難的。這意味著我們?nèi)匀挥凶詈玫墓こ處熡眠@些語言做一些瑣碎的事情，因?yàn)樽鲞@些事情的工程師并不多。”
通過使硬件定義更容易生成，該團(tuán)隊(duì)相信他們可以使IC設(shè)計(jì)更容易獲得，并允許HDL專家專注于更重要的任務(wù)。根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的說法，有了基于聊天的生成式人工智能，工程師可以用簡單的英語而不是HDL來設(shè)計(jì)一個(gè)微處理器。
Pearce博士對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行了反思，評(píng)論道：“我根本就不是芯片設(shè)計(jì)專家。這是我設(shè)計(jì)的第一個(gè)芯片我想這就是為什么這件事如此令人印象深刻的原因之一。”
專家對(duì)人工智能和芯片設(shè)計(jì)的思考
從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，該團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論，ChatGPT確實(shí)可以將功能芯片設(shè)計(jì)為現(xiàn)實(shí)世界的解決方案。
“在125條消息中，我設(shè)計(jì)了一個(gè)處理器。我不僅設(shè)計(jì)了處理器，而且還得到它來幫助我設(shè)計(jì)處理器，”Pearce博士說。“我甚至沒有制定完整的規(guī)格。我只是問，'我想要一個(gè)處理器。我應(yīng)該怎么辦？'它給了我很好的指導(dǎo)。兩年前，所有這些東西看起來都像是科幻小說。”
根據(jù)Pearce博士的說法，他的團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果意義重大，但并不一定意味著人工智能將取代人類工程師。
人工智能設(shè)計(jì)芯片背后的隱患
ChatGPT允許工程師跳過HDL階段，這雖然令人印象深刻，但可能會(huì)讓HDL工程專家有些緊張。特別是研究人員表示，他們預(yù)計(jì)HDL轉(zhuǎn)換過程中人為錯(cuò)誤會(huì)減少，有助于提高生產(chǎn)率，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間和上市時(shí)間，并允許進(jìn)行更具創(chuàng)意的設(shè)計(jì)。
自動(dòng)化這個(gè)過程的一部分將是一個(gè)明確的福音。它可以通過加快現(xiàn)有專家的速度來緩解人力瓶頸，即使在培養(yǎng)和培訓(xùn)新專家的同時(shí)也是如此。但是，將這項(xiàng)技能完全依賴于依賴電力，在運(yùn)行ChatGPT時(shí)需要和服務(wù)器連接的背景，為這個(gè)過程帶來了一定風(fēng)險(xiǎn)。
ChatGPT的本質(zhì)上是一個(gè)神秘的軟件黑匣子及其輸出。我們已經(jīng)看到了提示注入會(huì)發(fā)生什么，LLM也不能免受漏洞的影響。我們甚至可以認(rèn)為它們具有擴(kuò)展的漏洞，因?yàn)槌耸且粋€(gè)軟件之外，它還是一個(gè)由培訓(xùn)產(chǎn)生的軟件?？紤]到基于芯片的LLM在其訓(xùn)練階段可能被種入病毒，為整個(gè)系統(tǒng)帶來硬件的后門導(dǎo)致泄密。
據(jù)韓媒報(bào)道，三星設(shè)備解決方案（DS）部門才啟用聊天機(jī)器人ChatGPT 20多天，就鬧出了3起數(shù)據(jù)泄露事故，導(dǎo)致其與半導(dǎo)體設(shè)備測量、良品率/缺陷、內(nèi)部會(huì)議內(nèi)容等相關(guān)信息被上傳到ChatGPT的服務(wù)器中。半導(dǎo)體業(yè)務(wù)大部分屬于機(jī)密，一不小心就會(huì)上傳報(bào)告等內(nèi)部信息，泄露機(jī)密。全球第二大存儲(chǔ)芯片巨頭韓國SK海力士除必要時(shí)刻外幾乎禁止公司內(nèi)部網(wǎng)使用ChatGPT。市場調(diào)查公司Gartner對(duì)62名企業(yè)人事負(fù)責(zé)人進(jìn)行了問卷調(diào)查，結(jié)果顯示，其中48%的人表示正在制定ChatGPT等AI聊天機(jī)器人業(yè)務(wù)的使用指南。
