全球首个AI设计芯片系统诞生，来自中科院

电子发烧友网综合报道，近日，中国科学院计算技术研究所处理器芯片全国重点实验室联合软件研究所，推出全球首个基于人工智能技术的处理器芯片软硬件全自动设计系统 ——“启蒙”。

该系统实现从芯片硬件到基础软件的全流程自动化设计，标志着 AI 设计芯片成为现实，且其设计在多项关键指标上达到人类专家手工设计水平。相关研究成果已发布于预印本网站 arXiv。

在 CPU 自动设计领域，“启蒙” 系统打造出国际首个全自动化设计的 CPU 芯片 “启蒙 1 号”，仅用 5 小时便完成 32 位 RISC-V CPU 的全部前端设计。该芯片性能达到 Intel 486 水平，规模超 400 万个逻辑门，且已完成流片。其升级版 “启蒙 2 号” 为国际首个全自动设计的超标量处理器核，性能达到 ARM Cortex A53 水平，规模扩大至 1700 万个逻辑门。

基础软件设计方面，“启蒙” 系统同样成绩斐然。它可自动生成定制优化后的操作系统内核配置，性能相比专家手工优化提升 25.6%；实现不同芯片和编程模型间的自动程序转译，性能最高可达厂商手工优化算子库的 2 倍；还能自动生成矩阵乘等高性能算子，在 RISC-V CPU 和 NVIDIA GPU 上的性能分别提升 110% 和 15% 以上。

事实上，中科院计算所去年就已透露相关研究进展，当时尚未以 “启蒙” 系统命名发布。据介绍，研究团队聚焦处理器芯片自动设计面临的精度与规模两大挑战，提出以验证为中心的处理器智能设计方法学：从随机电路开始，由机器全自动完成验证、调试和修复的反复迭代，直至生成满足设计需求的目标电路。

为此，团队将处理器自动设计问题转化为从验证程序输入输出（IO）出发，自动生成大规模二元决策图（BDD）表示的问题。针对此，设计出二元猜测图（BSD），将传统 BDD 中的确定性子图，替换为 BSD 中通过对 IO 进行蒙特卡洛采样确定的猜测节点。

凭借上述方法，系统在 5 小时内自动设计出含超 400 万个逻辑门的通用处理器 “启蒙 1 号”，将现有自动设计电路规模提升 3 至 4 个数量级。“启蒙 1 号” 作为世界上首颗无人工干预、全自动设计的处理器芯片，可正常运行 Linux 操作系统，实测性能达 Intel 486 水平。

“启蒙” 系统的发布，是 EDA 工具与 AI 技术融合的重要里程碑，标志着芯片设计从 “高度依赖专家经验” 的手工时代，迈入 “AI 驱动、自动化主导” 的新纪元。它开创了全新的芯片设计范式，突破传统设计方法与流程的局限，为芯片设计行业带来新思路，推动产业发展。

此前，全球 EDA 厂商已在 AI 技术领域深入探索，生成式 AI（GenAI）从辅助工具逐步升级为核心设计引擎。例如，Synopsys 的 GenAI 技术能快速解析数百页芯片设计规格文档，提取关键信息供设计师参考；作为行业领军企业，新思科技推出全流程 AI 驱动的芯片设计优化工具 DSO.ai（Design Space Optimization AI），通过强化学习自动探索设计空间，优化时序、功耗和面积（PPA）；还打造集成布局布线与 AI 优化的综合平台 Fusion Compiler，基于 Transformer 架构的布线算法，提升复杂电路的路由效率。

展望未来，EDA 工具将围绕智能化、集成化、绿色化、开源化四大核心趋势发展，AI 会成为核心驱动力，而开源与云原生将重塑产业生态。