摩爾定律的終結(jié)正在逼近。工程師和設(shè)計(jì)人員在使晶體管小型化和將盡可能多的晶體管裝入芯片方面只能做這么多。因此，他們正在轉(zhuǎn)向其他芯片設(shè)計(jì)方法，將 AI 等技術(shù)融入流程中。
例如，三星正在將人工智能添加到其內(nèi)存芯片中，以便在內(nèi)存中進(jìn)行處理，從而節(jié)省能源并加速機(jī)器學(xué)習(xí)。說(shuō)到速度，谷歌的 TPU V4 AI 芯片的處理能力比之前的版本提高了一倍。
但人工智能對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)仍有更大的希望和潛力。為了更好地了解 AI 如何徹底改變芯片設(shè)計(jì)，我們采訪了MathWorks的 MATLAB 平臺(tái)高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理Heather Gorr 。
Q：目前如何使用 AI 來(lái)設(shè)計(jì)下一代芯片？
Heather Gorr：人工智能是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，因?yàn)樗婕暗街芷诘拇蟛糠?，包括設(shè)計(jì)和制造過(guò)程。這里有很多重要的應(yīng)用，即使是在我們想要優(yōu)化的一般過(guò)程工程中。我認(rèn)為缺陷檢測(cè)在流程的所有階段都是一項(xiàng)重要工作，尤其是在制造中。但即使在設(shè)計(jì)過(guò)程中提前考慮，[AI 現(xiàn)在發(fā)揮著重要作用] 當(dāng)你設(shè)計(jì)燈光、傳感器和所有不同的組件時(shí)。您確實(shí)需要考慮很多異常檢測(cè)和故障緩解。
然后，考慮到您在任何行業(yè)中看到的logistical模型，總有您想要減少的計(jì)劃停機(jī)時(shí)間；但是您最終也會(huì)遇到計(jì)劃外的停機(jī)時(shí)間。因此，回顧一下歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)你經(jīng)歷過(guò)制造某些東西的時(shí)間可能比預(yù)期的要長(zhǎng)一些的時(shí)候，你可以查看所有這些數(shù)據(jù)并使用 AI 來(lái)嘗試識(shí)別近因或看到即使在處理和設(shè)計(jì)階段也可能跳出的東西。我們通常認(rèn)為 AI 是一種預(yù)測(cè)工具，或者是一個(gè)做某事的機(jī)器人，但很多時(shí)候你通過(guò) AI 從數(shù)據(jù)中獲得很多洞察力。
Q：使用 AI 進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)有什么好處？
Gorr：從歷史上看，我們已經(jīng)看到了很多基于物理的建模，這是一個(gè)非常密集的過(guò)程。我們想做一個(gè)reduced order model，而不是解決這樣一個(gè)計(jì)算量大且廣泛的模型，我們可以做一些更便宜的事情。您可以創(chuàng)建一個(gè)代理（surrogate）模型，可以說(shuō)是基于物理的模型，使用數(shù)據(jù)，然后使用代理模型進(jìn)行參數(shù)掃描、優(yōu)化、蒙特卡羅模擬。與直接求解基于物理的方程相比，這在計(jì)算上花費(fèi)的時(shí)間要少得多。因此，我們?cè)诤芏喾矫娑伎吹搅诉@種好處，包括快速迭代實(shí)驗(yàn)的結(jié)果所帶來(lái)的效率和經(jīng)濟(jì)性，以及真正有助于設(shè)計(jì)的模擬。
Q：所以從某種意義上說(shuō)，這就像擁有一個(gè)數(shù)字雙胞胎？
Gorr：沒(méi)錯(cuò)。這幾乎就是人們正在做的事情，你有物理系統(tǒng)模型和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。然后，結(jié)合起來(lái)，您擁有另一個(gè)模型，您可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)整和調(diào)整，并嘗試不同的參數(shù)和實(shí)驗(yàn)，從而掃清所有這些不同的情況并最終提出更好的設(shè)計(jì)。
Q：所以，它會(huì)更有效率，而且，正如你所說(shuō)，更便宜？
Gorr：是的，當(dāng)然。尤其是在實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)階段，你正在嘗試不同的東西。如果您實(shí)際制造和生產(chǎn) [芯片]，這顯然會(huì)顯著節(jié)省成本。您想盡可能多地模擬、測(cè)試、實(shí)驗(yàn)，而不需要使用實(shí)際的過(guò)程工程來(lái)制作東西。
Q：我們已經(jīng)談到了好處。缺點(diǎn)如何？
Gorr： [基于 AI 的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚞 往往不如基于物理的模型準(zhǔn)確。當(dāng)然，這就是您進(jìn)行許多模擬和參數(shù)掃描的原因。但這也是擁有數(shù)字雙胞胎的好處，您可以牢記這一點(diǎn)——它不會(huì)像我們多年來(lái)開(kāi)發(fā)的精確模型那樣準(zhǔn)確。
芯片設(shè)計(jì)和制造都是系統(tǒng)密集型的；你必須考慮每一個(gè)小部分。這真的很有挑戰(zhàn)性。在這種情況下，您可能有模型來(lái)預(yù)測(cè)某些事物及其不同部分，但您仍然需要將它們整合在一起。
還要考慮的另一件事是您需要數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建模型。您必須整合來(lái)自各種不同傳感器和不同類型團(tuán)隊(duì)的數(shù)據(jù)，這樣就增加了挑戰(zhàn)。
Q：工程師如何使用 AI 更好地準(zhǔn)備并從硬件或傳感器數(shù)據(jù)中提取見(jiàn)解？
Gorr：我們一直在考慮使用 AI 來(lái)預(yù)測(cè)某事或做一些機(jī)器人任務(wù)，但您可以使用 AI 來(lái)想出模式并自己挑選出您以前可能沒(méi)有注意到的東西。當(dāng)人們擁有來(lái)自許多不同傳感器的高頻數(shù)據(jù)時(shí)，人們會(huì)使用人工智能，而且很多時(shí)候探索頻域以及數(shù)據(jù)同步或重采樣等事情很有用。如果您不確定從哪里開(kāi)始，這些可能會(huì)非常具有挑戰(zhàn)性。
我想說(shuō)的一件事是，使用可用的工具。有一個(gè)龐大的社區(qū)從事這些工作，您可以在GitHub或MATLAB Central上找到很多 [應(yīng)用程序和技術(shù)]示例，人們?cè)谶@里分享了很好的示例，甚至是他們創(chuàng)建的小應(yīng)用程序。我認(rèn)為我們中的許多人都沉浸在數(shù)據(jù)中，只是不確定如何處理它，所以一定要利用社區(qū)中已經(jīng)存在的東西。您可以探索和了解什么對(duì)您有意義，并在領(lǐng)域知識(shí)和您從工具和 AI 中獲得的洞察力之間取得平衡。
Q：工程師和設(shè)計(jì)師在使用 AI 進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮什么？
Gorr：想想你要解決什么問(wèn)題，或者你可能希望找到什么見(jiàn)解，并試著弄清楚這一點(diǎn)?？紤]所有不同的組件，并記錄和測(cè)試每個(gè)不同的部分?？紤]所有相關(guān)人員，并以對(duì)整個(gè)團(tuán)隊(duì)都合理的方式進(jìn)行解釋和交接。
Q：您認(rèn)為 AI 將如何影響芯片設(shè)計(jì)師的工作？
Gorr：它將為更高級(jí)的任務(wù)釋放大量人力資本。我們可以使用 AI 來(lái)減少浪費(fèi)、優(yōu)化材料、優(yōu)化設(shè)計(jì)，但在決策制定時(shí)仍然需要人工參與。我認(rèn)為這是人和技術(shù)攜手合作的一個(gè)很好的例子。這也是一個(gè)所有相關(guān)人員——即使是在制造車間——都需要對(duì)正在發(fā)生的事情有一定程度了解的行業(yè)，所以這是一個(gè)推進(jìn)人工智能的偉大行業(yè)，因?yàn)槲覀內(nèi)绾螠y(cè)試事物以及我們?cè)谕度胫叭绾嗡伎妓鼈兯麄冊(cè)谛酒稀?/p>
Q：您如何展望人工智能和芯片設(shè)計(jì)的未來(lái)？
Gorr：這在很大程度上取決于人的因素——讓人們參與到過(guò)程中并擁有可解釋的模型。我們可以用建模的數(shù)學(xué)細(xì)節(jié)做很多事情，但這取決于人們?nèi)绾问褂盟?，過(guò)程中的每個(gè)人如何理解和應(yīng)用它。在此過(guò)程中，所有技能水平的人的溝通和參與都將非常重要。我們將看到更少的超精確預(yù)測(cè)和更多的信息、共享和數(shù)字孿生的透明度——不僅使用人工智能，而且使用我們的人類知識(shí)和許多人多年來(lái)所做的所有工作。