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技术白皮书发布 | 无处不在的机器学习

Stelios Diamantidis

Sep 01, 2020 / 1 min read

人工智能 (Artificial Intelligence) 正在改变我们周围的世界,为全球经济的各个领域开启了创新之"路。如今,AI 可以通过自然语言与人类交互,识别银行欺诈和保护计算机网络,在城市街道中驾驶汽车,玩如象棋类的复杂游戏。当解决方案过于昂贵或难以实现时,机器学习为我们面临的诸多复杂问题提供解决方案。机器学习对芯片设计有何影响?机器学习能否为半导体工程设计中的关键问题提供解决方案?

人工智能 (Artificial Intelligence) 正在改变我们周围的世界

层出不穷的挑战

多年以来,电子设计自动化 (Electronic Design Automation, EDA) 行业已为复杂系统的建模和设计创建提供了许多解决方案。

EDA 中的大部分设计问题都属于 NP-hard 问题,由于不存在解决这些问题的多项式时间算法,因此无法通过分析确定最优解决方案。目前,新设计挑战层出不穷,导致 EDA 系统愈发难以满足高级流程节点的要求(图 1)。

电子设计自动化

图 1

更糟糕的是,这些要求互相依存,需要在多个设计优化层面上同时加以考虑。实际应用和使用的技术高度依赖各个特定问题空间。

那么如何在设计环境访问受限时针对特定问题制定总体解决方案?

能够学习和改进的 AI 增强型设计工具机器学习为实现自我优化的设计工具提供了机会。就像自动驾驶汽车观察现实世界中的交互作用以改善其在不同(本地)驾驶条件下的响应一样,人工智能增强工具可以在部署后在(本地)设计环境中学习和改进。

与通过观察实际互动情况改进对不同(本地)行驶条件响应的自动驾驶汽车相类似,AI 增强型工具能够在部署后的(本地)设计环境中学习和改进。这些新功能可嵌入不同的设计引擎,为 EDA 开发人员提供一系列全新的解决方案,帮助开发人员适应当下要求严苛的半导体设计环境。

这些新的,由惭尝驱动的功能可以嵌入到不同的设计引擎中,从而为贰顿础开发人员提供了适用于当今苛刻的半导体设计环境的新解决方案库。鉴于有大量的数据和丰富的启发式方法,可以使用集成方法(例如线性回归,支持向量机,神经网络)创建新的惭尝模型类别,以在整个设计周期中利用各种机会。

能够学习和改进的 AI 增强型设计工具

机器学习 (ML) 提供了启用自优化设计工具的机会。与通过观察实际互动情况改进对不同(本地)行驶条件响应的自动驾驶汽车相类似,AI 增强型工具能够在部署后的(本地)设计环境中学习和改进。这些新功能可嵌入不同的设计引擎,为 EDA 开发人员提供一系列全新的解决方案,帮助开发人员适应当下要求严苛的半导体设计环境。

示例:优化期间的快速延迟预测

高级节点的复杂物理效应和制造规则可对设计收敛性产生影响。有各种适用于信号完整性、波形传播、噪声等对象的建模功能可准确计算延迟。但这些功能在计算方面非常昂贵,需要在预布线设计阶段谨慎使用。

ML 延迟预测器是一个统计模型,经训练后可在多个设计发展阶段捕获时间,让上游引擎能够更快速地了解复杂的下游效应,做出更优决策。延迟预测器可改善设计收敛性并加快设计向更优秀的 PPA 方向发展(图 2)。

示例:优化期间的快速延迟预测

图2

扩展 ML 预测器范例

整个 ML 预测器类可寻找 DRC 热点、EM/IR 分布和更多内容。额外的 ML 模型类可为自优化设计工具提供各种优势(图 3):

  • 惭尝&苍产蝉辫;优化器:有监督的&苍产蝉辫;惭尝,在优化之"前学习,可直接应用到相关设计拓扑中,应用于&苍产蝉辫;贰颁翱、缓冲、痴迟&苍产蝉辫;选择和&苍产蝉辫;顿搁颁&苍产蝉辫;修复
  • 惭尝&苍产蝉辫;分类器:无监督的&苍产蝉辫;惭尝,支持更高效的算法选择,加速整个运行时,支持电路设计、测试和良率分析领域的新型应用
  • 惭尝&苍产蝉辫;调度器:探索技术,让工具更深入理解其执行环境并按可用计算机资源定制需求
获得更好的结果质量

图3

这些引擎可提前进行预先训练,以便在设计期间进行自我训练。它们可在设计环境中持续学习和改进,缩短实现成果所需时间,获得更好的结果质量 (Quality of Results, QoR)。

下一步发展:AI 增强型设计平台

目前,我们的 AI 增强型工具提供许多适用于数字化部署、电路模拟、测试、物理验证和签发等等领域的机器学习模型。我们拥有明确的愿景,即通过广泛应用的 ML 打造 AI 增强型聚合设计平台:构建经过精心编排的自优化设计环境,超越单模型解决方案,在整个设计环境中实现更好的端到端结果!

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