近日，中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所處理器芯片全國重點實驗室，聯(lián)合軟件研究所推出了全球首個基于人工智能技術(shù)的處理器芯片軟硬件全自動設(shè)計系統(tǒng)——“啟蒙”。該系統(tǒng)實現(xiàn)了從芯片硬件到基礎(chǔ)軟件的全流程自動化設(shè)計，其性能達到國際主流水平，相關(guān)研究成果已在線發(fā)表于arXiv預(yù)印本平臺上。

“啟蒙”系統(tǒng)的成功發(fā)布，預(yù)示著我國在芯片設(shè)計領(lǐng)域邁入“AI自主設(shè)計”新紀(jì)元。未來，隨著該系統(tǒng)的不斷優(yōu)化和完善，有望在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用和推廣，為我國乃至全球的芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出更大貢獻。

多項關(guān)鍵指標(biāo)達到人類專家水平

“啟蒙”系統(tǒng)依托大模型等先進人工智能技術(shù)，可實現(xiàn)CPU的自動設(shè)計，并能為芯片自動配置相應(yīng)的操作系統(tǒng)、轉(zhuǎn)譯程序、高性能算子庫等基礎(chǔ)軟件。

在CPU自動設(shè)計方面，該系統(tǒng)已實現(xiàn)國際首個全自動化設(shè)計的CPU芯片“啟蒙1號”，5小時內(nèi)完成32位RISC-V CPU的全部前端設(shè)計，性能達到Intel 486水平，規(guī)模超過400萬個邏輯門，已完成流片。

國際首個全自動化設(shè)計的CPU芯片“啟蒙1號”實物

其升級版“啟蒙2號”為國際首個全自動設(shè)計的超標(biāo)量處理器核，性能達到ARM Cortex A53水平，規(guī)模擴大至1700萬個邏輯門，可滿足高性能邊緣計算需求。

啟蒙1號和啟蒙2號的性能對比

在基礎(chǔ)軟件方面，“啟蒙”系統(tǒng)同樣取得顯著成果?？勺詣由啥ㄖ苾?yōu)化后的操作系統(tǒng)內(nèi)核配置，性能相比專家手工優(yōu)化提升25.6%；跨平臺張量程序轉(zhuǎn)譯工具 QiMeng-Xpiler 可在英偉達 GPU、寒武紀(jì) MLU 等不同芯片間自動轉(zhuǎn)譯程序，性能最高達廠商手工優(yōu)化算子庫的 2 倍；可自動生成矩陣乘等高性能算子，在RISC-V CPU和NVIDIA GPU上的性能分別提高110%和15%以上。 

有望改變芯片設(shè)計范式

處理器芯片被譽為現(xiàn)代科技的“皇冠明珠”，其設(shè)計過程復(fù)雜精密、專業(yè)門檻極高。傳統(tǒng)處理器芯片設(shè)計高度依賴經(jīng)驗豐富的專家團隊，往往需要數(shù)百人參與、耗時數(shù)月甚至數(shù)年，成本高昂、周期漫長。

隨著人工智能、云計算和邊緣計算等新興技術(shù)的發(fā)展，市場對專用處理器芯片及其基礎(chǔ)軟件適配優(yōu)化的需求正日益增長。然而，我國處理器芯片從業(yè)人員數(shù)量嚴(yán)重不足，難以滿足這一增長的需求。

“啟蒙”系統(tǒng)的出現(xiàn)，有望改變這一現(xiàn)狀。它不僅能顯著減少人工參與、提升設(shè)計效率、縮短設(shè)計周期，更能針對特定應(yīng)用場景需求實現(xiàn)快速定制化設(shè)計，靈活滿足芯片設(shè)計日益多樣化的需求。

未來展望

中科院計算技術(shù)研究所自2008年起布局芯片與AI交叉研究，曾研發(fā)“寒武紀(jì)”AI芯片。此次“啟蒙”系統(tǒng)的突破，依托處理器芯片全國重點實驗室（科技部首批標(biāo)桿實驗室）的技術(shù)積累。實驗室主任陳云霽表示：“這項技術(shù)將改變芯片設(shè)計范式，從‘人工設(shè)計’邁向‘AI生成’，為解決我國芯片人才短缺問題提供新路徑?！?/p>

盡管“啟蒙”系統(tǒng)已展示出巨大潛力，但其商業(yè)化仍面臨挑戰(zhàn)。一方面，需進一步驗證大規(guī)模量產(chǎn)的穩(wěn)定性；另一方面，需構(gòu)建完善的生態(tài)支持體系。中科院團隊透露，下一步將拓展系統(tǒng)在先進制程（如3納米）的應(yīng)用，并探索與晶圓廠的深度合作，加速技術(shù)落地。