AI设计芯片的未来在何方，我们和专家聊了聊

如今，AI已深入到芯片设计、验证、测试以及其他关键阶段，开发者纷纷感受到了AI带来的生产力提升，见证了在常规项目时间框架内仅靠人力所无法实现的惊人成果。没有AI参与芯片设计，这些都是无法想象的。

利用AI进行芯片设计如何发展至今？未来又何去何从？

“设计领域AI的崛起——过往历程与未来展望”讨论会吸引了各领域的专家，共同分享AI在各自领域中所取得的进展，并展望了未来的发展。在新思科技AI战略与系统团队高级经理、SNUG硅谷用户大会AI会议负责人Geetha Rangarajan的主持下，该讨论会旨在探讨AI如何在系统设计中帮助我们重新思考多个领域中的“难点”问题。会者们积极发表意见，通过创造性思维共同探索了使用AI驱动型解决方案的可能性。讨论会的成果丰富多彩，为AI在设计领域的应用带来了新的启示。

简化原本复杂的芯片设计工作流程

AI已经在逐步简化原本复杂的芯片设计工作流程，优化日益庞大复杂的搜索空间。新思科技DSO.ai等解决方案利用强化学习技术，大规模扩大对设计工作流程选项的探索，既缩短了设计时间，又优化了功耗、性能和面积（PPA）。DSO.ai于2020年推出，是最早用于芯片设计的AI应用，最近已率先实现首先100个生产流片这一重要里程碑。

新思科技AI战略与系统团队的杰出架构师Joe Walston在讨论会上提出了一个问题：AI能否帮助开发者解决整个系统堆栈中的复杂问题？从计算设备到装置再到飞机，如今的系统覆盖了各种应用领域。系统堆栈包含了潜在受益于AI的软件和硬件（物理）组件。软件如工作负载驱动型软件，用于处理通信、数据处理以及与用户、外部环境及系统内其他组件的交互。硬件如软件驱动型架构，这是用于满足软件需求（包括机械、光学、半导体、电源或传感器方面的需求）的硬件子系统。

系统堆栈的每一层都有很多相关问题需要解决。例如，在半导体子系统中，先进的SoC包含多个处理器、复杂接口IP、数字/模拟逻辑、存储器等。开发者面临着优化多个工作流程的挑战，从微架构选择到版图布局优化，再到物理设计、测试和制造方面的选择，都要纳入考量。同样，对于光学子系统，开发者必须综合考虑嵌入式电路、透镜、探测器和光源等因素。Walston表示，AI可以协助完成一些重复性的探索工作，帮助开发者更快达成目标。

实现更快的验证周期

新思科技EDA团队科学家Badri Gopalan从功能验证角度分享了一些观点。他指出，当下面临的情况是，验证复杂性的增长速度超过了摩尔定律。对于如今的SoC，需要验证的东西有很多：所有的逻辑，所有的跨多维度组合，比如性能和功耗等。验证开发者怎样才能找到更多更为复杂的错误？怎样比以往更快的发现？同时将结果质量和结果成本控制在理想范围内？

Gopalan解释说，开发者在RTL中应用传统验证解决方案通常可实现接近100%的覆盖率。静态验证可以发现约10%的错误，但可能会有很多误报，并且非常费时费力。形式化验证可以发现另外20%的错误，而仿真可以再发现65%的错误。仿真也需要大量人工操作，并且需要花费大量时间来调整测试平台的约束条件和编写手动测试程序。

新思科技的AI驱动型验证解决方案VSO.ai可以识别和消除回归中的冗余，自动进行覆盖率根本原因分析，然后通过RTL推断覆盖率，通过仿真确定覆盖率差异，并提供覆盖率优化指导，从而帮助验证团队更快、更高效地实现验证收敛。

提高覆盖率并最小化测试向量数量

半导体测试也可以受益于AI。在芯片制造过程中，测试开发者需要确保设计没有缺陷，并且按预期运行。存储器内置自测（BIST）、压缩IP和逻辑测试结构等解决方案可用于进行逻辑测试。传感器也具有重要作用。一般来说，收集到的数据在经过分析后，会回馈到设计周期中，从而实现改进。

在此过程中，每一步都需要决定对哪些参数进行优化。新思科技硬件分析与测试事业部工程副总裁Fadi Maamari解释道，我们的目标是使用尽可能少的测试向量开展尽可能多的测试，以控制成本。新思科技发布了一款利用AI优化测试码生成的新产品：新思科技TSO.ai。TSO.ai旨在减少所需的测试向量，提高覆盖率，并缩短自动测试向量生成（ATPG）的周转时间。它会以智能方式自动调整ATPG参数，针对特定设计开展一致的结果质量优化，并可以大幅降低测试成本。

通过AI寻找新机遇

目前，AI在电子设计领域的影响才刚刚开始展现。随着自然语言模型（ChatGPT等AI聊天机器人）的兴起，以及AI所展现出的其他机遇，芯片设计行业现已迎来激动人心的时刻。要推进设计、验证和测试的自动化，还有更多工作要做，也还有更多方面需要改进。强大的电子设计自动化（EDA）技术与紧密集成的机器学习驱动循环有望形成一股强大力量，助力开发者达成前所未有的成就。

新思科技电路设计与TCAD解决方案事业部杰出架构师Vuk Borich表示：“随着芯片设计越来越多地使用FinFET节点工艺，新的问题不断出现。虽然芯片密度越来越高，尺寸越来越小，数量也越来越多，但还是有一些具有一定规律的事情可以交给人工智能。所以，我们预计会有大量创新。”

单看模拟设计这一块，就有很多方面可以享受人工智能的红利。Borich强调：

• 要评估制程变异性，需要执行数十亿次的蒙特卡洛仿真。有没有可能利用AI减少这类仿真的时间和成本？

• 提取寄生效应需要几个小时，甚至几天时间。随着设计参数增加到数百个，迭代时间延长，能用AI来缩短模拟设计收敛时间吗？

• 优化布局需要大量人工操作：能否使用AI简化这一过程，尤其是在相关人才紧缺的情况下？

除了电子系统，光学设计领域也能在AI的帮助下加快实现收敛，并减少开发者的人力。光学设计是成像、汽车照明和光子芯片等应用中的关键技术。这些应用相当复杂，有太多的变量和公差需要考虑，过去都是使用特殊工具进行处理的。新思科技光学解决方案团队的科学家William Cassarly表示，AI具有潜在协同优化专用算法的新机会。利用AI可以对大部分设计空间进行探索，为现有算法提供新起点，减少处理个别案例的工作量。此外，AI有望在完全不同的用例之间进行知识转移，让经验不足的开发者也能产出以往认为只有资深开发者才能给出的结果。

就系统层面而言，硬件和软件团队之间的知识孤立导致系统成型成为一项复杂的高成本工作。系统层面的可见性和自动化根源分析是缩短芯片上市时间的关键。新思科技系统设计部高级研发师Rachana Srivastava指出，利用AI可自动完成系统层面的根源分析。透过在基于事件的知识图谱中映射数据，可以了解整个系统的基本情况。对这些数据应用机器学习模型可以进行预测并形成信息挖掘反馈回路，以优化芯片结果。

随着开发者设计出新的方法将AI和机器学习应用于整个系统堆栈的所有工作流程，激动人心的时代即将到来。为了满足下一代应用的PPA和上市时间目标，芯片设计只会越来越复杂。AI可以为开发团队带来生产力提升，帮助他们实现过去无法想象的成果。