《中国科学报》6月10日从中国科学院计算技术研究所（以下简称计算所）获悉，该所处理器芯片全国重点实验室联合中国科学院软件研究所，推出了全球基于人工智能技术的处理器芯片软硬件全自动设计系统——“启蒙”。相关技术论文已在线发表于arXiv预印本平台上。
据相关负责人介绍，“启蒙”系统可以实现从芯片硬件到基础软件的全流程自动化设计，在多项关键指标上已达到人类专家手工设计水平，标志着我国在人工智能自动设计芯片方面迈出坚实一步。
处理器芯片被誉为现代科技“皇冠上的明珠”，其设计过程复杂精密、专业门槛极高。传统处理器芯片设计高度依赖经验丰富的专家团队，往往需要数百人参与、耗时数月甚至数年，成本高昂、周期漫长。随着人工智能、云计算和边缘计算等新兴技术的发展，专用处理器芯片设计和相关基础软件适配优化需求日益增长。而我国处理器芯片从业人员数量严重不足，难以满足日益增长的芯片设计需求。
面对这一挑战，“启蒙”系统在前述团队的努力下应运而生。据介绍，该系统依托大模型等人工智能技术，可实现自动设计CPU，并能为芯片自动配置相应的操作系统、转译程序、高性能算子库等基础软件，性能可比肩人类专家手工设计水平。
具体而言，在CPU自动设计方面，该系统已实现国际首个全自动化设计的CPU芯片“启蒙1号” ， 5小时内完成32位RISC-V CPU的全部前端设计，达到Intel 486性能，规模超过4000000个逻辑门，已完成流片。其升级版“启蒙2号” 为国际首个全自动设计的超标量处理器核，达到ARM Cortex A53性能，规模扩大至17000000个逻辑门。在基础软件方面，“启蒙”系统同样取得显著成果，可自动生成定制优化后的操作系统内核配置，性能相比专家手工优化提升25.6%；可实现不同芯片和不同编程模型之间的自动程序转译，性能最高达到厂商手工优化算子库的2倍；可自动生成矩阵乘等高性能算子，在RISC-V CPU和NVIDIA GPU上的性能分别提高110%和15%以上。
该负责人表示，这项研究有望改变处理器芯片软硬件的设计范式，不仅有望减少芯片设计过程的人工参与、提升设计效率、缩短设计周期，同时有望针对特定应用场景需求实现快速定制化设计，灵活满足芯片设计日益多样化的需求。
信息显示，自2008年起，计算所便开始长期从事芯片设计和人工智能的交叉研究。其中一项为人熟知的产出是人工智能芯片“寒武纪”。在面向芯片设计的人工智能方法上，计算所已有十余年的积累，并从未停止探索如何用人工智能方法使得芯片设计完全自动化。
依托计算所建立的处理器芯片全国重点实验室，是中国科学院批准正式启动建设的首批重点实验室之一，并被科技部遴选为首批20个标杆全国重点实验室，2022年5月开始建设。实验室学术委员会主任为中国工程院院士孙凝晖，实验室主任为计算所研究员陈云霁。
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