“Chipchat”讓普通人可以設計芯片。

人工智能在半導體設計中的應用已經不是新鮮話題了。已經有幾種電子設計自動化 (EDA) 工具使用了人工智能技術，人工智能在芯片布局和其他元素方面顯示出令人印象深刻的結果。

近日，紐約大學 Tandon 工程學院的研究人員使用簡單的英語“對話”與 AI 模型制造了一個微處理芯片，這是一項史無前例的成就，可以加快芯片開發速度，更重要的是這將允許沒有專業技術技能的個人設計芯片。

兩名硬件工程師使用標準英語與ChatGPT-4“交談”，并設計了一種新型的微處理器架構。研究團隊和 ChatGPT 設計的芯片并不是一個完整的處理器，它是整個 CPU 的一個部分：負責創建一個新穎的基于 8 位累加器的微處理器架構的邏輯。該芯片隨后被送往Skywater 130 nm ***上進行制造。該團隊聲稱，這項研究標志著 LLM 設計的 IC 首次真正投入生產。

該團隊使用 125 條消息成功創建了他們的 IC。

累加器本質上是寄存器（內存），其中存儲中間計算的結果，直到主計算完成。但它們是 CPU 工作方式不可或缺的一部分；也許還可以設計其他必要的單元。這一成果表明，未來成為 EDA 設計師的知識門檻要低得多。也許有一天，足夠多的 CPU 碎片會被公開，這樣更多的ChatGPT用戶將可以在家里設計他們的 CPU 架構。

第一個完全由 AI 生成的 HDL

通常，開發任何類型的硬件包括芯片，都是從用普通語言描述硬件應該做什么開始的。經過專門培訓的工程師然后將該描述翻譯成硬件描述語言 (HDL)，Verilog 就是其中一種，Verilog語言主要用于在集成電路設計，特別是超大規模集成電路的計算機輔助設計。

使用 LLM 創建 IC（集成電路）的設計流程。（來源：紐約大學 Tandon）

研究人員使用商業和公開可用的大型語言模型 (LLM) 來研究八個硬件設計示例，在工程師和 LLM 之間的實時來回交互中，通過純英文文本處理其 Verilog (HDL) 等效。

“這項研究產生了我們認為是第一個完全由 AI 生成的 HDL，用于制造物理芯片，”紐約大學 Tandon 的研究助理教授兼研究團隊成員 Hammond Pearce 博士說。“一些人工智能模型，如 OpenAI 的 ChatGPT 和谷歌的 Bard，可以生成不同編程語言的軟件代碼，但它們在硬件設計中的應用尚未得到廣泛研究。這項研究表明 AI 也可以使硬件制造受益，尤其是當它被用于對話時，你可以通過一種有來有往的方式來完善設計。”

一個突破生成人工智能極限的項目

Pearce 博士解釋說，他的團隊的研究項目 Chip Chat 的靈感源于了解硬件設計空間中現有生成 AI 大型語言模型 (LLM) 的能力和局限性的愿望。

“我們很想知道這些模型到底有多好，”他說。“很多人看著這些模型說，‘這些模型只是玩具，真的。’我不認為它們是玩具。它們肯定會無處不在，這就是我們進行 Chip Chat 的原因——幾乎就像是概念驗證演示。”

在更實際的層面上，使用基于聊天的 AI 助手可以幫助解決芯片設計行業的一個巨大挑戰：硬件定義語言 (HDL)。雖然像 Verilog 這樣的 HDL 代碼對于設計微處理器至關重要，但它們需要非常專業的知識。

“硬件描述語言的一大挑戰是沒有多少人知道如何編寫它們，” Pearce 博士說。“要成為相關領域的專家是相當困難的。這意味著我們仍然有最好的工程師用這些語言做一些瑣碎的事情，因為做這些事情的工程師并不多。”

通過使硬件定義更容易生成，該團隊相信他們可以使IC設計更容易獲得，并允許HDL專家專注于更重要的任務。根據該團隊的說法，有了基于聊天的生成式人工智能，工程師可以用簡單的英語而不是HDL來設計一個微處理器。

Pearce 博士對這一點進行了反思，評論道：“我根本就不是芯片設計專家。這是我設計的第一個芯片我想這就是為什么這件事如此令人印象深刻的原因之一。”

專家對人工智能和芯片設計的思考

從這個實驗中，該團隊得出結論，ChatGPT 確實可以將功能芯片設計為現實世界的解決方案。

“在 125 條消息中，我設計了一個處理器。我不僅設計了處理器，而且還得到它來幫助我設計處理器，”Pearce 博士說。“我甚至沒有制定完整的規格。我只是問，'我想要一個處理器。我應該怎么辦？' 它給了我很好的指導。兩年前，所有這些東西看起來都像是科幻小說。”

根據 Pearce 博士的說法，他的團隊的研究結果意義重大，但并不一定意味著人工智能將取代人類工程師。

人工智能設計芯片背后的隱患

ChatGPT允許工程師跳過 HDL 階段，這雖然令人印象深刻，但可能會讓 HDL 工程專家有些緊張。特別是研究人員表示，他們預計 HDL 轉換過程中人為錯誤會減少，有助于提高生產率，縮短設計時間和上市時間，并允許進行更具創意的設計。

自動化這個過程的一部分將是一個明確的福音。它可以通過加快現有專家的速度來緩解人力瓶頸，即使在培養和培訓新專家的同時也是如此。但是，將這項技能完全依賴于依賴電力，在運行ChatGPT時需要和服務器連接的背景，為這個過程帶來了一定風險。

ChatGPT的本質上是一個神秘的軟件黑匣子及其輸出。我們已經看到了提示注入會發生什么，LLM 也不能免受漏洞的影響。我們甚至可以認為它們具有擴展的漏洞，因為除了是一個軟件之外，它還是一個由培訓產生的軟件。考慮到基于芯片的 LLM 在其訓練階段可能被種入病毒，為整個系統帶來硬件的后門導致泄密。

據韓媒報道，三星設備解決方案（DS）部門才啟用聊天機器人ChatGPT 20多天，就鬧出了3起數據泄露事故，導致其與半導體設備測量、良品率/缺陷、內部會議內容等相關信息被上傳到ChatGPT的服務器中。半導體業務大部分屬于機密，一不小心就會上傳報告等內部信息，泄露機密。全球第二大存儲芯片巨頭韓國SK海力士除必要時刻外幾乎禁止公司內部網使用ChatGPT。市場調查公司Gartner對62名企業人事負責人進行了問卷調查，結果顯示，其中48%的人表示正在制定ChatGPT等AI聊天機器人業務的使用指南。