英伟达用 AI 设计 GPU：最新 H100 已经用上，比传统 EDA 减少 25% 芯片面积

英伟达终于揭晓：H100 竟有近 13000 条电路，是 AI 设计的？！

在最新论文中，他们介绍了如何用深度强化学习 agent 设计电路的方法。据研究人员称，这种方法还属业内首次。

值得一提的是，这篇文章包含参考文献在内，仅有短短 6 页。不少网友表示，太酷了！

靠玩游戏来学习构建电路架

随着摩尔定律变慢，开发其他技术来提高芯片性能变得愈发重要。设计更小、更快、功耗更低的算术电路，就是其中的方式之一。基于这样的背景，研究人员提出了 PrefixRL—— 用深度强化学习优化并行前缀电路。

据研究人员介绍，他们不仅证明了 AI 可以从头开始设计电路，而且比 EDA 工具设计得更小、更快。

最新英伟达 Hopper 架构就拥有 13000 个 AI 设计电路的实例。来具体看看这项研究。

本文主要研究了一种流行的并行前缀电路，着重讨论了电路的两大特性：电路面积和延迟。已有的优化基本思路，是使用电路发生器将前缀图形转换为带有导线和逻辑门的电路，再用物理综合工具进一步优化。他们将算术电路设计看作是一个强化学习任务，训练一个 agent 来优化两大特性。对于前缀电路，还设计了一个环境。

在这个环境中 agent 玩构建电路架构（前缀图形）的游戏，可以从中添加 or 删除节点，会因为电路面积最小化和低延迟而获得奖励。

研究人员使用 Q-Learning 算法来训练 agent。首先将前缀图表示成网格，网格中的每个元素都映射到电路中的节点。输入和输出均为网格，只不过输入网格中的每个元素表示节点是否存在，输出每个元素则表示用于添加或删除节点的 Q 值。

在实际训练中，PrefixRL 是一项计算要求很高的任务：物理模拟每个 GPU 需要 256 个 CPU，训练 64b 用例花费超 32000 个 GPU 小时。为此，研究人员还开发了个分布式强化学习训练平台 Raptor。

结果显示，在相同延迟、效能下 PrefixRL 加法器面积比 EDA 工具加法器面积减少了 25%。

研究团队

本次研究来自英伟达应用深度学习研究小组。他们希望这个方法有希望让 AI 应用到实际电路设计问题当中去。

近年来，AI 设计芯片这件事儿很多科技公司都已经在展开。最典型如谷歌，去年 6 月在 Nature 上发表了一篇文章：A graph placement methodology for fast chip design。文中表示，AI 能在 6 个小时内生成芯片设计图，而且比人类设计得更好。

还有像三星、新思、cadence 等企业也都有相应的解决方案。

前阵子在英伟达 GTC 大会上，首席科学家、计算机架构大师 Bill Dally 就分享了 AI 在芯片设计上的几种应用。包括预测电压降、预测寄生参数、布局布线、自动化标准单元迁移。

不过，即便进展频频，也有不少质疑的声音出现，比如，设计能力跟人类比还差点。对于 AI 设计芯片这事儿，你怎么看？

参考链接：

[1]https://developer.nvidia.com/blog/designing-arithmetic-circuits-with-deep-reinforcement-learning/

[2]https://arxiv.org/pdf/2205.07000.pdf

[3]https://twitter.com/rjrshr/status/1545446397759016962

[4]https://www.hpcwire.com/2022/04/18/nvidia-rd-chief-on-how-ai-is-improving-chip-design/

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