本文來自微信公眾號“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫”。
“Chipchat”讓普通人可以設(shè)計芯片。
人工智能在半導(dǎo)體設(shè)計中的應(yīng)用已經(jīng)不是新鮮話題了。已經(jīng)有幾種電子設(shè)計自動化(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“對話”與AI模型制造了一個微處理芯片，這是一項史無前例的成就，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)技能的個人設(shè)計芯片。
兩名硬件工程師使用標(biāo)準(zhǔn)英語與ChatGPT-4“交談”，并設(shè)計了一種新型的微處理器架構(gòu)。研究團隊和ChatGPT設(shè)計的芯片并不是一個完整的處理器，它是整個CPU的一個部分：負責(zé)創(chuàng)建一個新穎的基于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光刻機上進行制造。該團隊聲稱，這項研究標(biāo)志著LLM設(shè)計的IC首次真正投入生產(chǎn)。
該團隊使用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），其中存儲中間計算的結(jié)果，直到主計算完成。但它們是CPU工作方式不可或缺的一部分；也許還可以設(shè)計其他必要的單元。這一成果表明，未來成為EDA設(shè)計師的知識門檻要低得多。也許有一天，足夠多的CPU碎片會被公開，這樣更多的ChatGPT用戶將可以在家里設(shè)計他們的CPU架構(gòu)。
第一個完全由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，特別是超大規(guī)模集成電路的計算機輔助設(shè)計。
使用LLM創(chuàng)建IC（集成電路）的設(shè)計流程。（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)來研究八個硬件設(shè)計示例，在工程師和LLM之間的實時來回交互中，通過純英文文本處理其Verilog(HDL)等效。
“這項研究產(chǎn)生了我們認為是第一個完全由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隊成員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，但它們在硬件設(shè)計中的應(yīng)用尚未得到廣泛研究。這項研究表明AI也可以使硬件制造受益，尤其是當(dāng)它被用于對話時，你可以通過一種有來有往的方式來完善設(shè)計。”
一個突破生成人工智能極限的項目
Pearce博士解釋說，他的團隊的研究項目Chip Chat的靈感源于了解硬件設(shè)計空間中現(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。’我不認為它們是玩具。它們肯定會無處不在，這就是我們進行Chip Chat的原因——幾乎就像是概念驗證演示。”
在更實際的層面上，使用基于聊天的AI助手可以幫助解決芯片設(shè)計行業(yè)的一個巨大挑戰(zhàn)：硬件定義語言(HDL)。雖然像Verilog這樣的HDL代碼對于設(shè)計微處理器至關(guān)重要，但它們需要非常專業(yè)的知識。
“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，因為做這些事情的工程師并不多。”
通過使硬件定義更容易生成，該團隊相信他們可以使IC設(shè)計更容易獲得，并允許HDL專家專注于更重要的任務(wù)。根據(jù)該團隊的說法，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)計一個微處理器。
Pearce博士對這一點進行了反思，評論道：“我根本就不是芯片設(shè)計專家。這是我設(shè)計的第一個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。”
專家對人工智能和芯片設(shè)計的思考
從這個實驗中，該團隊得出結(jié)論，ChatGPT確實可以將功能芯片設(shè)計為現(xiàn)實世界的解決方案。
“在125條消息中，我設(shè)計了一個處理器。我不僅設(shè)計了處理器，而且還得到它來幫助我設(shè)計處理器，”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，他的團隊的研究結(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，但可能會讓HDL工程專家有些緊張。特別是研究人員表示，他們預(yù)計HDL轉(zhuǎn)換過程中人為錯誤會減少，有助于提高生產(chǎn)率，縮短設(shè)計時間和上市時間，并允許進行更具創(chuàng)意的設(shè)計。
自動化這個過程的一部分將是一個明確的福音。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)新專家的同時也是如此。但是，將這項技能完全依賴于依賴電力，在運行ChatGPT時需要和服務(wù)器連接的背景，為這個過程帶來了一定風(fēng)險。
ChatGPT的本質(zhì)上是一個神秘的軟件黑匣子及其輸出。我們已經(jīng)看到了提示注入會發(fā)生什么，LLM也不能免受漏洞的影響。我們甚至可以認為它們具有擴展的漏洞，因為除了是一個軟件之外，它還是一個由培訓(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，為整個系統(tǒng)帶來硬件的后門導(dǎo)致泄密。
據(jù)韓媒報道，三星設(shè)備解決方案（DS）部門才啟用聊天機器人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)大部分屬于機密，一不小心就會上傳報告等內(nèi)部信息，泄露機密。全球第二大存儲芯片巨頭韓國SK海力士除必要時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62名企業(yè)人事負責(zé)人進行了問卷調(diào)查，結(jié)果顯示，其中48%的人表示正在制定ChatGPT等AI聊天機器人業(yè)務(wù)的使用指南。
