中国团队让AI从零发现冯·诺伊曼架构，仅靠输入/输出数据，5小时全自动设计出CPU！

中科院计算所等机构用AI技术设计出了世界上首个无人工干预、全自动生成的CPU芯片——启蒙1号。相关论文已于6月27日发布。论文名称：“Pushing the Limits of Machine Design: Automated CPUDesign with AI”《突破机器设计的极限：利用人工智能进行自动化 CPU 设计》

论文链接：https://arxiv.org/pdf/2306.12456.pdf

该论文详细介绍了研究人员在 5 小时内设计出新型工业级 RISC-V CPU 的工作。据称，这一人工智能自动化的壮举比人类团队完成类似 CPU 设计的速度快约 1000 倍。这颗完全由AI设计的32位RISC-V CPU比目前GPT-4所能设计的电路规模大了4000倍，性能堪比Intel 80486SX CPU。

中国研究团队的目标是回答机器是否可以像人类一样设计芯片的问题。该团队认为，早期的人工智能设计相对较小或范围有限。因此，为了测试人工智能设计的边界，研究人员认为他们会尝试让人工智能自动设计 RISC-V CPU。

此类项目通常从一段时间的机器学习开始。训练包括观察一系列 CPU 输入和输出。CPU的设计仅来自于外部输入输出的观察，而不是正式的程序代码。科学家们从这些I/O中生成了一个二进制推测图(BSD)，并利用基于蒙特卡罗的扩展和布尔函数的原理来提高基于人工智能的CPU设计的准确性和效率。因此，科学家们解释说，CPU 设计是“仅根据外部输入输出观察而不是正式的程序代码”形成的。它还拥有令人印象深刻的 99.99999999999% 准确率。

使用上述流程，创建了 CPU 的自动化 AI 设计。流片的 RISC-V32IA 指令集的 CPU 采用 65nm 制造，运行频率高达 300 MHz。在 AI 生成的 CPU 上运行 Linux（内核 5.15）操作系统和 SPEC CINT 2000 验证了其功能。在 Drystone 基准测试中，AI 生成的 CPU 的性能与 i486 相当。有趣的是，在同一测试中，它似乎比 Acorn Archimedes A3010 快一点。

尽管有些人可能对人工智能生成的CPU的性能不以为然，但科学家们似乎也相当自豪，他们生成的BSD 从零开始发现了冯·诺伊曼架构”。

使用人工智能从头开始构建一个新的RISC-V CPU并不只是学术上的兴趣，也具有从头开始制造新 CPU 的潜在用途。根据研究人员的说法，人工智能可以被用来大大减少现有半导体行业的设计和优化周期。此外，在他们的结论中，科学家们甚至在思考这项研究是否可能进一步形成一个自我进化机器的基础。