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AI(人工知能)はコンピューター設計における人間の限界を超えつつあり、新しいAIモデルはわずか5時間弱でCPU(中央演算処理装置)の設計を完了させる事が出来たとのことだ。

この成果は、6月27日付けの研究論文「Pushing the Limits of Machine Design: Automated CPU Design with AI」で論じられたもので、5つの工科大学に所属する19人の中国のコンピューター・プロセッサー研究者が執筆した。研究者たちによれば、彼らのアプローチは、自己進化型マシンの創造に向けた舞台を整え、従来のCPU設計の流れを永久に変え、世界の半導体産業を改革するに違いないという。

彼らのCPUは、RISC-V 32IAと名付けられたAI命令セットで動作し、Linuxオペレーティング・システム(カーネル5.15)を正常に実行できる。研究者によれば、1991年に人間が設計したIntel 80486SX CPUと「同等の性能」を発揮できるという。

彼らの目標は、人間が設計した最新のCPUを打ち負かし、同時にコンピューティングの未来を形作ることである。「我々のアプローチは、設計サイクルを約1,000倍短縮します。なぜなら、設計時間とリソースの60%から80%以上を消費する、従来のCPU設計の手作業によるプログラミングと検証プロセスが完全に排除されるからです」。この論文では、Intel K486のような従来のCPUの全設計を完了するのに、人間は4560時間(190日)かかるとしている。

ai china making chip 2

この新しいCPUは、検証テストでは99.99%の精度を達成し、チップの物理設計では65nm技術のスクリプトを使用して製造用のレイアウトを生成するとしている。その設計では、AI CPUの制御ユニットと演算ユニットをより小さな機能モジュールに分解している。

AIにも限界がある

しかし、RISC-V 32IAチップの周波数は300MHzで、Intelの3.6GHzプロセッサーと比較すると、コンピューター・コマンドの処理速度が遅い。

ai china making chip 3

研究者たちはこれを認め、AIモデルを使って作られたCPUは 「Intel Core i7 3930Kのような最近のプロセッサーよりも性能が悪い」と述べている。

しかし彼らが生成したBinary Speculation Diagram(BSD)が「ノイマン型アーキテクチャをゼロから発見した」ことを非常に誇りに思っているようでもある。

彼らは、より精巧な拡張アルゴリズムを導入することで、「世界初の自動設計CPU」と呼ぶものの性能を向上させる計画だ。


論文

参考文献

研究の要旨

設計活動–与えられた目標と制約を満たす人工物の記述を構築すること–は、人類を他の動物や伝統的な機械から区別しており、機械に人間レベルまたはそれ以上の設計能力を与えることは、長期的な追求となっている。機械はすでに、高度な人工知能(AI)技術を駆使して新素材やタンパク質、コンピュータープログラムを設計する能力を実証しているが、そのような物体を設計するための探索空間は比較的狭いため、「機械は人間のように設計できるのか?機械設計の境界を探るため、ここでは、コンピュータの頭脳であり、人類がこれまでに設計した中で世界で最も複雑な装置の一つである中央演算処理装置(CPU)を自動的に設計する新しいAIアプローチを紹介する。このアプローチは、正式なプログラムコードの代わりに、外部入出力観測のみからCPU設計の回路論理を生成するもので、BSD(Binary Speculation Diagram)と呼ばれるグラフ構造で表現される。BSDを生成する際には、モンテカルロ法による展開とブール関数の距離を用いて、それぞれ精度と効率を保証している。前例のないサイズ10^{10^{540}}の探索空間を効率的に探索することにより、これは我々の知る限り全ての機械設計対象物の中で最大のものであり、従って機械設計の限界に挑戦することにより、我々のアプローチは産業規模のRISC-V CPUをわずか5時間で生成した。テープアウトされたCPUはLinuxオペレーティングシステムを正常に実行し、人間が設計したIntel80486SX CPUと同等の性能を発揮した。世界初のCPUを入出力の観測のみから学習することに加え、我々のアプローチは、設計サイクルを大幅に短縮することによって半導体産業を改革する可能性がある。

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