中科院推出全球首個AI芯片自動設計系統“啟蒙”

近日，中國科學院計算技術研究所處理器芯片全國重點實驗室，聯合軟件研究所推出了全球首個基于人工智能技術的處理器芯片軟硬件全自動設計系統——“啟蒙”。該系統實現了從芯片硬件到基礎軟件的全流程自動化設計，其性能達到國際主流水平，相關研究成果已在線發表于arXiv預印本平臺上。

“啟蒙”系統的成功發布，預示著我國在芯片設計領域邁入“AI自主設計”新紀元。未來，隨著該系統的不斷優化和完善，有望在更多領域得到應用和推廣，為我國乃至全球的芯片產業發展做出更大貢獻。

多項關鍵指標達到人類專家水平

“啟蒙”系統依托大模型等先進人工智能技術，可實現CPU的自動設計，并能為芯片自動配置相應的操作系統、轉譯程序、高性能算子庫等基礎軟件。

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

國際首個全自動化設計的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計的超標量處理器核，性能達到ARM Cortex A53水平，規模擴大至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

在基礎軟件方面，“啟蒙”系統同樣取得顯著成果。可自動生成定制優化后的操作系統內核配置，性能相比專家手工優化提升25.6%；跨平臺張量程序轉譯工具 QiMeng-Xpiler 可在英偉達 GPU、寒武紀 MLU 等不同芯片間自動轉譯程序，性能最高達廠商手工優化算子庫的 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。 

有望改變芯片設計范式

處理器芯片被譽為現代科技的“皇冠明珠”，其設計過程復雜精密、專業門檻極高。傳統處理器芯片設計高度依賴經驗豐富的專家團隊，往往需要數百人參與、耗時數月甚至數年，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的發展，市場對專用處理器芯片及其基礎軟件適配優化的需求正日益增長。然而，我國處理器芯片從業人員數量嚴重不足，難以滿足這一增長的需求。

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

未來展望

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

盡管“啟蒙”系統已展示出巨大潛力，但其商業化仍面臨挑戰。一方面，需進一步驗證大規模量產的穩定性；另一方面，需構建完善的生態支持體系。中科院團隊透露，下一步將拓展系統在先進制程（如3納米）的應用，并探索與晶圓廠的深度合作，加速技術落地。