5小时生成400万逻辑门“启蒙1号”，国产AI芯片正在崛起！

中科院计算所首次实现无人工干预，AI模型全自动设计RISC-V架构CPU，5小时生成了包含400万逻辑门的“启蒙1号”，性能相当于Intel的486SX，可以运行Linux系统。

设计“启蒙1号”采用BSD二元猜测图（Binary Speculation Diagram）算法，训练AI模型的过程不到5个小时，就能够达到超过99.999999999%的验证测试准确性，电路规模相比于GPT-4目前能够设计的大4000倍。"启蒙1号"CPU早在2021年12月就完成了生产，能够运行Linux操作系统和SPEC CPU 2000程序，相关论文在今年6月底发布。

自2008年起，中科院计算所便开始对芯片设计和人工智能的交叉研究，其中一项成果就是人工智能芯片“寒武纪”。因此在面向芯片设计的人工智能方法上，中科院计算所也已有十多年的积累，并将继续探索如何用人工智能方法使得芯片设计完全自动化。

国际上也有使用AI设计芯片的尝试，纽约大学Tandon工程学院的研究人员使用简单的英语与ChatGPT“对话”，在125次对话后创建一个新颖的基于8位累加器的微处理器架构的逻辑，并成功应用到处理器中。试验结果的意义在于，它允许没有专业技术技能的个人在AI模型协助下设计芯片。

英伟达研究的强化学习算法PrefixRL，有能力从零开始学习电路设计，PrefixRL AI设计的64b加法器电路，AI算法通过不知疲倦的迭代优化，能够做到比当前最先进EDA工具设计的电路面积小25%，但是速度与功能相同。

虽然“启蒙1号”的规模无法和当前顶级CPU比较，但是AI以无限迭代，而且在迭代的同时AI还会学习进步，它会研究通过什么模式能创造最优设计，因此不仅可以加快芯片设计优化的速度，还能带来更高的性能与更低的能耗。而且在芯片的验证与测试环节，AI也能最大限度地提高测试覆盖率、节省时间。因此我们相信，随着资源的积累和技术进步，由AI自动设计生成的CPU有机会在5-10年内达到甚至超越人类专家的设计水准。

做为本次参照的Intel 486芯片是基于x86架构的早期产品，当年Intel耗资3亿美元并历时4年的开发时间，芯片内集成了125万个晶体管，1989年上市价格高达950美元/颗。

“启蒙1号”采用的RISC-V也是大有来头，该架构2010年诞生于加州大学伯克利分校，是基于精简指令集（RISC）原则的开源指令集架构，具备低功耗、低成本、开源开放、可模块化、简洁、面积小、速度快等优点，与当前IoT场景需求碎片化、可定制化的特性十分契合。相较性能相近的ARM芯片，RISC-V架构可以减少大约50%的芯片面积和60%的功耗，是一个非常有发展前景的新架构。

RISC-V联盟在全球已拥有超过了3600名会员，而且在高级会员中中国企业占比80%，这也是一个充满中国活力的组织。在全球范围内，北美仍然是RISC-V的创新高地，研究覆盖处理器IP到软件、数据中心，欧洲企业积极探索将原有架构转到RISC-V，包括中国在内的亚洲公司也在积极推动RISC-V处理器的发展和市场应用，目前RISC-V最强单核性能的处理器也是来自中科院计算所的第二代“香山”，性能已超过Cortex-A76。数据显示，截至2022年年底，RISC-V处理器全球出货量达到了100亿颗，其中50%出货量来自中国企业。

在国内RISC-V的生态建设上，阿里巴巴旗下的半导体公司“平头哥”无疑是第一阵营，其开源的玄铁RISC-V系列处理器，已经拥有150余家客户、超500个授权数，出货量超25亿颗。平台能支持包括AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android等多个操作系统，并已成功应用于微控制器、工业控制、智能家电、智能电网、图像处理、人工智能、多媒体和汽车电子等领域。

国内也有众多优秀的芯片厂商推出基于RISC-V的产品，如广州“匠芯创”基于阿里平头哥C906系列IP，结合自己的“鲁班OS”软件，为工业人机交互、工业智能算法等工业应用场景提供自主可控的全套软硬件解决方案。上海“先楫半导体”量产的RISC-V高性能通用MCU产品系列HPM6700/6400及HPM6300，性能领先国际同类产品，并完成了严格的AEC-Q100车规认证，全力服务中国工业、汽车领域客户。

行业专家预计，2025年RISC-V架构芯片累积出货量将有望突破800亿颗，年复合增长率将超过70%，这是一个快速增长的市场。应用场景主要会集中在IoT领域，包括交通、通信、工控以及家电等行业，助力“万物互联”时代走进我们的工作和生活。