آیا میشود طراحی یک پردازنده که معمولاً سالها زمان میبرد، در کمتر از یک روز انجام شود؟ یک استارتاپ حالا مدعی است که با ارائه یک پرامپ 219 کلمهای (حاوی مشخصات پردازنده) به دستیار هوش مصنوعی اختصاصی خود توانسته یک پردازنده واقعی طراحی را فقط در ۱۲ ساعت طراحی کند.
در دنیای طراحی تراشه، ساخت یک CPU همیشه یکی از پیچیدهترین و زمانبرترین کارها بوده است؛ فرآیندی که معمولاً به تیمهای بزرگ مهندسی و ماهها یا حتی سالها زمان نیاز دارد. اما حالا یک شرکت فعال در حوزه هوش مصنوعی ادعا کرده که توانسته این مسیر را به شکل چشمگیری کوتاه کند.
استارتاپ Verkor.io در مقاله پژوهشی خود که در ماه گذشته میلادی منتشر شده، از سیستمی به نام Design Conductor رونمایی کرده است.. این سیستم در واقع یک عامل هوش مصنوعی است که بهگفته این شرکت، توانسته کل مسیر طراحی یک هسته پردازنده مبتنی بر RISC-V را بهصورت خودکار طی کند.
به صورت کلی برای طراحی یک پردازنده ابتدا نیازمندیها مطرح میشود و با طی مراحل ساختاری و برنامهریزی، طراحی پردازنده که میتواند با ترکیب ایدههای مختلف شکل گرفته باشد، منجر به تولید فایل GDSII شود. این فایل در واقع فرمتی است که در انتهای زنجیره طراحی برای ساخت تراشه استفاده شده و به دستگاههای تولید تراشه ارائه میشود تا بر اساس آن عملیات طراحی، طی شود.
این فرایند به صورت متوسط و در جریانهای رایج صنعت طراحی تراشه معمولاً بین ۱۸ تا ۳۶ ماه زمان میبرد.
از یک Spec کوتاه تا یک هسته کامل
در این مقاله پژوهشی که نویسندگان برای خروجی فرآیند آن، نام هسته را VerCore انتخاب کردهاند، یک طراحی ساده از دید فلسفه CPU Design در نظر گرفته شده که به صورت ویژه، ساختاری کاملاً اصولی را پیاده میکند.
در این ساختار با یک هسته تکصدوری (Single-Issue) و ترتیبی (In-Order) طرف هستیم که از یک پایپلاین پنجمرحلهای استفاده میکند و کلیه مراحل ساختاری کلاسیک شامل، واکشی دستور (Instruction Fetch)، رمزگشایی (Decode)، اجرا (Execute)،دسترسی به حافظه (Memory)و بازنویسی نتیجه (Writeback)را به نحو احسن پیاده میکند.
در کنار این ساختار پایه، بهینهسازیهای آشنایی مانند حل زودهنگام انشعاب (Early Branch Resolution) برای کاهش تأخیر شاخهها و ارسال عملوند (Operand Forwarding) برای جلوگیری از استالهای غیرضروری نیز پیاده شدهاند. پژوهشگران در توضیح این ساختار در مقاله تولیدی مینویسند که طراحی پردازنده خروجی، در عین سادگی از نظر ریزمعماری کاملاً مطابق استانداردهای متداول پیش رفته است.
تصمیمگیری علاوه بر طراحی CPU توسط AI
اما از دید فنی که بگوییم، نقطه جالب ماجرا به فاز بهینهسازی تراشه برمیگردد. در اینجا باید گفت که پروژه Design Conductor صرفاً یک طراحی اولیه را تولید نکرده، بلکه خودش وارد مرحله بهینهسازی شده و تصمیمهای مهندسی برای بهتر شدن عملکرد پردازنده را اتخاذ میکند.
برای مثال در این طرح آمده که عامل هوش مصنوعی طرح، یک ضربکننده سریع مبتنی بر Booth-Wallace را در آن پیادهسازی کرده که تا فرکانس ۲.۵۷ گیگاهرتز مقیاسپذیر است.
همچنین برای مدیریت انشعابها، دو طراحی با جریمه یکچرخهای و دوچرخهای را پیادهسازی و تست کرده و در نهایت با بررسی خروجیهای احتمالی هر یک، گزینه یکچرخهای به دلیل عملکرد بهتر، انتخاب شده است.
این حرکت بدان معناست که فرآیند طراحی پردازنده توسط این عامل فقط محدود به تولید کد یا مدار نبوده است. در واقع AI Agent داستان ما پس از هر تغییر، عملیات ارزیابی، مقایسه و انتخاب را هم در حلقه تصمیمگیری سیستم دخالت داده تا در نهایت بهترین خروجی حاصل شود.
آیا پردازنده خروجی واقعاً قابل استفاده است؟
طی شبیهسازیهای انجام شده، هسته VerCore روی کیت طراحی ASAP7 (در کلاس ۷ نانومتری) به فرکانس ۱.۴۸ گیگاهرتز رسیده و در بنچمارک CoreMark موفق به کسب امتیاز ۳۲۶۱ شده است. برای درک بهتر این عدد، Verkor عملکرد آن را همرده با پردازنده Celeron SU2300 اینتل (مبتنی بر معماری Penryn در سال ۲۰۱۱) توصیف میکند.
با این حال، باید در تفسیر این نتایج دقت کرد. توسعه دهنده در خصوص احتیاطات پیرامون طرح خود اضافه میکند که چون VerCore فاقد حافظه کش است و از اجرای خارج از ترتیب (Out-of-Order) پشتیبانی نمیکند، بنابراین با یک طراحی پایه و نسبتاً ساده طرف هستیم، نه یک CPU مدرن با تمام پیچیدگیهای امروزی.
آیا یک پردازنده واقعی از روی طرح خروجی AI ساخته میشود؟
پاسخ کوتاه به این سوال، فعلاً «خیر» است. در واقع تمام این نتایج فعلاً در سطح شبیهسازی بهدست آمدهاند و تنها اعتبارسنجی طراحی با استفاده از Spike (شبیهساز مرجع RISC-V) انجام شده است. این نکته را نیز باید اضافه کنیم که کیت ASAP7 یک PDK تحقیقاتی است و نه یک فرآیند تولیدی واقعی؛ به همین دلیل خروجی نهایی ممکن است عملکردی متفاوت ارائه دهد.
با این حال، اجرای یک نسخه از کرنل لینوکسی uCLinux در شبیهسازی نشان میدهد که طراحی حداقل از نظر صحت عملکردی (Functional Correctness) به بلوغ قابل قبولی رسیده است.
جایی که AI هنوز کم میآورد
نکته مثبت مقاله Verkor این است که صرفاً به نمایش دستاوردها بسنده نکرده و به محدودیتها هم پرداخته است. به گفته این تیم، سیستم در برخی موارد پیچیدگی واقعی مسائل را کمتر از حد برآورد کرده است.
برای نمونه، در مواجهه با مشکل تایمینگ، بهجای بررسی علل سادهتر، سراغ تغییرات سنگینتری مثل عمیقتر کردن پایپلاین رفته است. یا در موردی دیگر، مدل در تحلیل Verilog (زبان توصیف سختافزار مبتنی بر رویداد) آن را شبیه کدهای ترتیبی تفسیر میکند.
البته برآورد Verkor نشان میدهد که برای رساندن چنین سیستمی به سطح یک تراشه آماده تولید، هنوز به حضور ۵ تا ۱۰ مهندس متخصص نیاز است. علاوه بر این، با افزایش پیچیدگی طراحی، نیازهای محاسباتی هم بهصورت غیرخطی رشد میکند. این عامل میتواند کاربرد رویکرد طراحی همراه با AI را در مقیاس صنعتی محدود کند.
این شرکت اعلام کرده که تا پایان ماه جاری میلادی، کد RTL و اسکریپتهای ساخت VerCore را منتشر کرده و یک پیادهسازی مبتنی بر FPGA را در کنفرانس DAC به نمایش خواهد گذاشت.
جمعبندی: یک قدم جدی، اما نه پایان مسیر
در نهایت باید بگوییم، همانطور که پژوهشگران اعلام کردهاند، VerCore قرار نیست با پردازندههای مدرن (حداقل نه در وضعیت فعلی) رقابت کند. اما اهمیت این پروژه آنجایی خود را نشان میدهد که هوش مصنوعی میتواند بهصورت end-to-end وارد فرآیند طراحی سختافزار شود؛ از یک spec ساده تا سطح layout.
پیش از این هم نمونههایی مثل پروژههای تحقیقاتی چین در سال ۲۰۲۳ یا QiMeng مطرح شده بودند، اما رویکرد Verkor در یکپارچهسازی کل زنجیره طراحی، آن را به یک گام جدیتر تبدیل میکند.
با این حال، یک محدودیت کلیدی هنوز پابرجاست و آن هم این است که هیچکدام از این طراحیها هنوز به سیلیکون واقعی نرسیدهاند. شاید بتوان گفت که اگر روزی این مانع هم برداشته شود، آنوقت باید منتظر بازتعریف جدی نقش مهندس طراح در صنعت نیمههادی باشیم.
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت