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用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)EDA工具的智能化變革

芯行紀(jì) ? 來(lái)源:芯行紀(jì) ? 2022-12-29 11:15 ? 次閱讀

芯行紀(jì)科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱“芯行紀(jì)”)資深業(yè)務(wù)總監(jiān)陶然受邀出席中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)2022年會(huì)暨廈門集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇ICCAD 2022)并發(fā)表演講,著重分享了在EDA領(lǐng)域用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)能夠帶來(lái)的變革性進(jìn)展,以及詳細(xì)的相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)和在實(shí)際應(yīng)用中的精彩表現(xiàn)。

演講實(shí)錄(內(nèi)容為節(jié)選)

芯行紀(jì)在今年8月份推出了自主研發(fā)的首款智能化的EDA軟件AmazeFP。在大家看來(lái)可能它就是一個(gè)做自動(dòng)floorplan的工具,但是實(shí)際上它內(nèi)部包含的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是floorplan這么簡(jiǎn)單。

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首先它是一個(gè)machine-learning-driven的工具,具備AI的預(yù)測(cè)功能。另外,它除了完成floorplan的功能性以外,還包含了global placement的引擎和global routing的引擎,所以它可以更好地預(yù)測(cè)timing、power和congestion。通過(guò)這樣的軟件,用戶可以非常容易的自動(dòng)化地得到類似于有經(jīng)驗(yàn)的工程師手動(dòng)擺放出來(lái)的floorplan結(jié)果。

大家都知道floorplan其實(shí)是整個(gè)數(shù)字后端流程的第一步,也是非常重要的一步,因?yàn)閒loorplan的質(zhì)量會(huì)影響到我們芯片的PPA最終能夠達(dá)到的高度。因此數(shù)字芯片設(shè)計(jì)公司往往都會(huì)用它最有經(jīng)驗(yàn)的人來(lái)做floorplan工作。而現(xiàn)在我們將可以通過(guò)AmazeFP自動(dòng)完成這一工作。如果芯片設(shè)計(jì)公司沒(méi)有那么多有經(jīng)驗(yàn)的工程師,那它完全就可以通過(guò)AmazeFP自動(dòng)產(chǎn)生得到比擬甚至超過(guò)有經(jīng)驗(yàn)工程師擺放出來(lái)的floorplan。如果設(shè)計(jì)公司已經(jīng)有一些非常資深的工程師,AmazeFP也可以把他們從繁瑣的手動(dòng)調(diào)整、探索的工作中解放出來(lái),讓他們把精力花在更有明確性的選擇方案和其他更多有創(chuàng)造性的工作上,AmazeFP工具的一大意義就在于此。

另外,圖形界面是我們產(chǎn)品的一個(gè)亮點(diǎn),所有見(jiàn)過(guò)這個(gè)圖形界面的客戶都跟我們反饋說(shuō),這個(gè)界面和現(xiàn)在主流的工具比較起來(lái)要漂亮非常多,這也說(shuō)明我們的研發(fā)不光是想在內(nèi)核上做一個(gè)引領(lǐng)者,我們也是“外貌協(xié)會(huì)”的,在外觀上也要做一個(gè)引領(lǐng)者。這個(gè)外觀除了好看以外,還具備好用(easy-of-use)的特性,這樣才能做到內(nèi)外兼修。

接下來(lái)再給大家分享AmazeFP在實(shí)際應(yīng)用中的一些成績(jī)。

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首先大家可以看一下這個(gè)例子,這是一個(gè)GPU的design。大家可以看到左邊的這幅圖是有經(jīng)驗(yàn)的工程師手動(dòng)擺放出來(lái)的floorplan,右邊這幅圖是AmazeFP自動(dòng)擺放出來(lái)的。做過(guò)后端設(shè)計(jì)的人應(yīng)該都很清楚,像這樣的floorplan,基本上需要一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的工程師花費(fèi)一周左右的時(shí)間,而AmazeFP只需要兩個(gè)小時(shí)就能完成,這大幅度提高了工作效率。

另外很有意思的一點(diǎn),是工程師和AmazeFP工具的一些選擇其實(shí)在有些地方是非常相似的,比如說(shuō)大家看到的紅色的這些block,不管是工程師還是AmazeFP,都傾向于把它放在右上角,深藍(lán)色的部分都傾向于放在右下角,所以說(shuō)工具和工程師其實(shí)對(duì)某些地方的認(rèn)知是非常一致的,但在其他一些地方工具采取的解決方案跟我們工程師不一樣。

大家都知道一個(gè)GPU的設(shè)計(jì),一般來(lái)說(shuō)它的時(shí)序比較容易滿足,而因?yàn)樗?guī)模比較大,runtime比較長(zhǎng),另外繞線資源會(huì)比較緊張,所以它最大的問(wèn)題應(yīng)該是congestion。從AmazeFP通過(guò)machine learning預(yù)測(cè)自動(dòng)擺放的floorplan來(lái)看,繞線后的total DRC會(huì)有非常大的減少。

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接下來(lái)是一個(gè)CPU的例子。大家對(duì)CPU所追求的就是更好的PPA,消費(fèi)類電子的公司會(huì)把CPU的PPA看成是非常重要的一個(gè)指標(biāo),因?yàn)樗赡苤苯雨P(guān)系到產(chǎn)品面市時(shí)候的市場(chǎng)定位和定價(jià),所以大家都會(huì)把資源重用在CPU core的hardening上。

我們可以看到這個(gè)實(shí)例中,左邊上面是有經(jīng)驗(yàn)的工程師手動(dòng)擺放出來(lái)的floorplan,一般有經(jīng)驗(yàn)的工程師可能需要1~2周時(shí)間,經(jīng)過(guò)大約十幾二十輪的迭代,才可以最終定下來(lái)這樣的floorplan。而AmazeFP自動(dòng)擺放花費(fèi)的時(shí)間大概在50分鐘左右,就可以實(shí)現(xiàn)同樣的PPA效果,甚至更好。

大家可以感受一下我們工程師和工具自動(dòng)擺放 floorplan的差異性在哪里。對(duì)比看一下上下兩個(gè)floorplan,兩個(gè)floorplan里靠左邊的綠色和黃色的block,工程師和AmazeFP選擇是類似的,但是有些地方很明顯不同。大家可以看到上面這個(gè)floorplan右上角的位置,一看就是我們?nèi)藶槭謩?dòng)的選擇,為什么?因?yàn)檫@一組block肯定是相同類型的,通過(guò)我們的直覺(jué),肯定是把它們放在一起,因?yàn)樗倪B接關(guān)系、timing path肯定強(qiáng)相關(guān),放在一起肯定是沒(méi)錯(cuò),這樣擺放也符合人的審美。但是這樣做會(huì)不會(huì)是最好的選擇呢?不見(jiàn)得。

我們可以看一下AmazeFP的選擇是怎樣的。工具把這一組同一類型的block拆成了左右的兩個(gè)分布,很明顯這個(gè)是機(jī)器的選擇,因?yàn)樗辉诤跞祟悓徝赖囊螅耆菑臄?shù)學(xué)上去尋找一個(gè)最優(yōu)解。從最終的結(jié)果我們可以看到,工具的選擇對(duì)PPA會(huì)更好,我們基于工具自動(dòng)擺放出來(lái)的floorplan,可以得到更好的timing和power。

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接下來(lái)這個(gè)design也是CPU core,是RISC-V的。這個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單一點(diǎn),通過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的工程師擺放差不多要一周多的時(shí)間,AmazeFP二十幾分鐘就可以完成。

從分組上看,工程師和AmazeFP的分組幾乎一樣,但是擺放的位置差不多旋轉(zhuǎn)了180度。基于這樣的調(diào)整之后,我們可以看到auto floorplan出來(lái)的結(jié)果在timing和power上面也都有明顯的改善。

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除了剛才提到的這些high performance core之外,我們其實(shí)在一些其它類型的block上也進(jìn)行了嘗試,大家可以看到無(wú)一例外的PPA都會(huì)有明顯的改善,并且在設(shè)計(jì)時(shí)間上會(huì)有大幅度的節(jié)省。

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除了用機(jī)器學(xué)習(xí)可以得到更好的PPA和更快的runtime之外,我們還可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)去預(yù)測(cè)繞線。因?yàn)樵谧鰂loorplan的時(shí)候,其實(shí)很多后續(xù)的信息都是不完整的,所以說(shuō)我們可以通過(guò)machine learning做一個(gè)預(yù)測(cè),預(yù)估后面繞線的實(shí)際結(jié)果。大家可以看到這兩個(gè)floorplan,很明顯地,AmazeFP出來(lái)的結(jié)果中,繞線的問(wèn)題會(huì)得到明顯改善。

通過(guò)以上案例,我們想讓各位知道,機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和EDA工具結(jié)合以后產(chǎn)生了巨大的威力,芯行紀(jì)作為一個(gè)專注數(shù)字后端技術(shù)的EDA公司,期望在人工智能技術(shù)和云技術(shù)上面能夠做出更多的嘗試并取得成績(jī)。我們從最初規(guī)劃工具時(shí),在做最底層的軟件架構(gòu)的時(shí)候,就開(kāi)始考慮了這些方向,并從第一行代碼開(kāi)始,我們就在執(zhí)行這些想法,現(xiàn)在我們看見(jiàn)了很好的結(jié)果。

未來(lái)的一到兩年內(nèi),大家會(huì)陸續(xù)看到更多Amaze系列的產(chǎn)品問(wèn)世,我們也希望通過(guò)有AI和Cloud技術(shù)加持的產(chǎn)品,能夠讓大家眼前一亮。作為一家國(guó)內(nèi)的EDA公司,我們希望并積極地會(huì)與IC設(shè)計(jì)公司和foundry進(jìn)行更深入的合作,為集成電路事業(yè)貢獻(xiàn)自己的一份力量。

關(guān)于芯行紀(jì)

芯行紀(jì)科技有限公司(X-Times Design Automation Co., LTD)匯聚全球杰出EDA技術(shù)支持和研發(fā)精英,著力于自主研發(fā)符合3S理念(Smart、Speedy、Simple)的數(shù)字實(shí)現(xiàn)EDA平臺(tái),包含新一代布局布線技術(shù),同時(shí)提供高端數(shù)字芯片設(shè)計(jì)解決方案,可大幅度提升芯片設(shè)計(jì)效率,并助力實(shí)現(xiàn)芯片一次性快速量產(chǎn),在人工智能、智能汽車、5G云計(jì)算等集成電路領(lǐng)域?yàn)楸姸嗪献骰锇榈母咚侔l(fā)展和產(chǎn)業(yè)騰飛保駕護(hù)航。

審核編輯:湯梓紅

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原文標(biāo)題:用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)EDA工具的智能化變革

文章出處:【微信號(hào):gh_2894c3fc5359,微信公眾號(hào):芯行紀(jì)】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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