在早前舉辦的GTC大會上，英偉達首席科學家兼研究高級副總裁 Bill Dally 提供了 Nvidia 研發(fā)組織的概述和當前優(yōu)先事項的一些細節(jié)。今年，Dally 主要專注于 Nvidia 正在開發(fā)和內(nèi)部使用的人工智能工具來改進自己的產(chǎn)品——如果你愿意的話，這是一個巧妙的反向推銷。換而言之，英偉達已經(jīng)開始使用人工智能來有效地改進和加速 GPU 設計。

　　“我們是一個由大約 300 人組成的團隊，他們的目標是讓Nvidia 的產(chǎn)品在定義上領先。” Dally在今年的演講中描述道。“我們有點像遠光燈，試圖照亮遠處的東西。我們被松散地組織成兩隊：供應部分提供了為 GPU 供電的技術(shù)。它使 GPU 本身變得更好，從電路到進入 GPU 和 GPU 系統(tǒng)的 VLSI 設計方法、架構(gòu)網(wǎng)絡、編程系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)。”

　　“英偉達研究的需求方試圖通過開發(fā)需要 GPU 運行良好的軟件系統(tǒng)和技術(shù)來推動對英偉達產(chǎn)品的需求。我們擁有三個不同的圖形研究小組，因為我們不斷推動計算機圖形學的最新發(fā)展。我們有五個不同的 AI 組，因為使用 GPU 運行 AI 目前是一件大事，而且規(guī)模越來越大。我們還有從事機器人和自動駕駛汽車的小組。我們有許多按地理順序排列的實驗室，比如我們的多倫多和特拉維夫人工智能實驗室，”他說。

　　有時，Nvidia 會從幾個團隊中發(fā)起 Moonshot 項目——例如，其中一個團隊生產(chǎn)了 Nvidia 的實時光線追蹤技術(shù)。

　　與往常一樣，Dally 的談話與上一年有重疊——但也有新的信息。該小組的規(guī)模肯定從 2019 年的 175 人左右增長。毫不奇怪，支持自動駕駛系統(tǒng)和機器人技術(shù)的努力已經(jīng)加強。Dally 說，大約一年前，英偉達從斯坦福大學招募了 Marco Pavone來領導其新的自動駕駛汽車研究小組。他沒有過多談論 CPU 設計工作，這無疑也在加強。

　　本文展示的是 Dally 對 Nvidia 在設計芯片中越來越多地使用 AI 的評論（經(jīng)過輕微編輯）的一小部分以及一些支持幻燈片。

　　1、映射電壓降（Mapping Voltage Drop）

　　“作為 AI 專家，我們很自然地希望采用該 AI 并用它來設計更好的芯片。我們以幾種不同的方式做到這一點。第一種也是最明顯的方法是我們可以采用現(xiàn)有的計算機輔助設計工具[并結(jié)合人工智能]。例如，我們有一張地圖，可以繪制我們 GPU 中的電源使用位置圖，并預測電壓網(wǎng)格下降的程度——即所謂的 IR 下降，即電流乘以電阻下降。在傳統(tǒng)的 CAD 工具上運行它需要三個小時，”Dally 指出。

　　“因為這是一個迭代過程，這對我們來說變得非常成問題。相反，我們想做的是訓練一個 AI 模型來獲取相同的數(shù)據(jù)；我們在一堆設計中這樣做，然后我們基本上可以輸入功率圖。[結(jié)果] 推理時間僅為三秒。當然，如果包括特征提取的時間，則為 18 分鐘。我們可以很快得到結(jié)果。在這種情況下，類似的事情不是使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡，而是使用圖神經(jīng)網(wǎng)絡，我們這樣做是為了估計電路中不同節(jié)點切換的頻率，這實際上驅(qū)動了前面示例的電源輸入。再一次，我們能夠比使用傳統(tǒng)工具更快地獲得非常準確的功率估計，而且時間很短，”Dally 說。

　　2、預測寄生（Predicting Parasitics）

　　“我特別喜歡的一個功能是用圖神經(jīng)網(wǎng)絡預測寄生效應。在過去，電路設計是一個非常迭代（iterative）的過程，您需要在其中繪制原理圖，就像左邊這張帶有兩個晶體管的圖片一樣。但是，直到布局設計師采用該原理圖并進行布局，提取寄生參數(shù)，然后您才能運行電路仿真并發(fā)現(xiàn)您不符合某些規(guī)格，您才會知道它的性能，”Dally指出。

　　“你會回去修改你的原理圖[并再次通過]布局設計師，這是一個非常漫長、反復且不人道的勞動密集型過程。現(xiàn)在我們可以做的是訓練神經(jīng)網(wǎng)絡來預測寄生參數(shù)將是什么，而無需進行布局。因此，電路設計人員可以非常快速地進行迭代，而無需在循環(huán)中手動執(zhí)行布局步驟。這里的情節(jié)表明，與基本事實相比，我們對這些寄生因素的預測非常準確。”

　　3、布局和布線挑戰(zhàn) （Place and Routing Challenges）

　　“我們還可以預測路由擁塞（routing congestion）；這對我們的芯片布局至關(guān)重要。正常的過程是我們必須制作一個網(wǎng)表，運行布局和布線過程，這可能非常耗時，通常需要幾天時間。只有這樣我們才能得到實際的擁塞，發(fā)現(xiàn)我們最初的位置是不夠的。我們需要對其進行重構(gòu)并以不同的方式放置宏以避免這些紅色區(qū)域（如下幻燈片），這是有太多電線試圖穿過給定區(qū)域的地方，有點像比特的交通堵塞。我們現(xiàn)在可以做的是無需運行布局和路由，我們可以獲取這些網(wǎng)絡列表并使用圖神經(jīng)網(wǎng)絡基本上預測擁塞將在哪里并且相當準確。

　　它并不完美，但它顯示了存在問題的領域。

　　4、自動化標準單元遷移（Automating Standard Cell Migration）

　　”現(xiàn)在這些 [方法] 都在使用人工智能來批評人類所做的設計。更令人興奮的是使用 AI 來實際進行設計。我給你舉兩個例子。第一個是我們稱為NVCell的系統(tǒng)，它結(jié)合使用模擬退火（simulated annealing ）和強化學習來基本設計我們的標準單元庫。因此，每當我們獲得一項新技術(shù)時，比如說我們正在從 7 納米技術(shù)轉(zhuǎn)向 5 納米技術(shù)，我們就有了一個cell庫。一個單元就像一個與門和或門，一個全加器。實際上，我們有成千上萬的這些單元必須在新技術(shù)中重新設計，并具有一套非常復雜的設計規(guī)則，“Dally 說。

　　”我們基本上使用強化學習來放置晶體管。但更重要的是，放置后，通常會出現(xiàn)一堆設計規(guī)則錯誤，并且?guī)缀蹙拖耠娮佑螒蛞粯印Ｊ聦嵣希@正是強化學習所擅長的。一個很好的例子是在 Atari 視頻游戲中使用強化學習。所以這就像一個 Atari 視頻游戲，但它是一個用于修復標準單元中的設計規(guī)則錯誤的視頻游戲。通過使用強化學習來檢查和修復這些設計規(guī)則錯誤，我們能夠基本完成標準單元的設計。您所看到的（幻燈片）是 92% 的單元庫可以通過此工具完成，沒有設計規(guī)則或電氣規(guī)則錯誤。其中 12% 比人類設計細胞還小，一般來說，

　　“這對我們有兩件事。一是節(jié)省了大量勞動力。這是一個大約 10 人的小組，將花費一年的大部分時間來移植一個新技術(shù)庫。現(xiàn)在我們可以用幾個 GPU 運行幾天來做到這一點。然后人類可以處理那些沒有自動完成的 8% 的cell。在許多情況下，我們最終也會得到更好的設計。所以它比人工設計更節(jié)省勞動力。”

　　原文鏈接： https://www.hpcwire.com/2022/04/18/nvidia-rd-chief-on-how-ai-is-improving-chip-design/