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通知文章2021/05/10

完成搭载多个AI加速器的评估芯片设计,开始原型设计
-致力于建立短期、低成本的AI芯片设计和评估方法-

NEDO正在开展加速AI芯片开发的创新促进项目,并与米乐m6官方网站和东京大学合作,正在构建用于AI芯片的AI加速器开发的评估平台,以促进用于网络终端的面向边缘的AI芯片的设计。为了演示这个评估平台,我们已经完成了评估芯片的设计,该芯片在同一芯片上集成了六种不同规格的人工智能加速器,并已开始在外部制造公司进行原型生产。

通过使用该评估平台,开发人工智能芯片的中小企业和风险投资公司可以在东京大学浅野校区(东京都文京区)设立的“人工智能芯片设计中心”中创建自己的人工智能芯片,配备各公司设计的人工智能加速器,从而可以在短时间内以低成本(与传统技术相比不到45%)设计和评估人工智能芯片。

图1

图1 AI加速器评估平台使用示意图

 

1。概述

在快速发展的物联网社会中,人工智能 (AI) 技术作为从现实世界的大数据中为人们的生活创造新价值的关键而受到关注。另一方面,在构成AI技术基础的半导体集成电路中,小型化已接近其物理极限,能耗持续增加,这是极其重要的问题。为了解决这个问题,必须开发能够高效运行人工智能并节省能源的半导体集成电路和器件(人工智能芯片),而开发人工智能芯片的竞争正在全球范围内加剧。

在日本,许多中小企业和风险投资公司已经涌现,并自愿开发人工智能芯片。然而,人工智能芯片的开发需要先进的半导体设计技术,以及昂贵的电路设计工具和验证设备,这为中小企业和风险投资公司将想法转化为芯片造成了重大障碍。

基于这一背景,国家研究开发机构新能源产业技术综合开发机构(NEDO)加速AI芯片研发创新推进工程※1与米乐m6官方网站 (AIST) 和国立大学法人(东京大学)合作,我们正在东京大学浅野校区(东京都文京区)的武田先进智能大楼建设 AI 芯片设计基地https://ai-chip-design-centerorg/) 用于开发半导体设计和电路设计工具所需的通用基础技术EDA 工具※2是啊标准IP核※3

作为这项工作的一部分,该人工智能芯片设计中心将开发由中小企业、风险投资公司等开发的专有引擎来执行算法人工智能加速器※4对于评估平台※5的建设为了在真实环境中评估所开发的AI加速器,需要有AI加速器和标准系统电路SoC※6,需要开发一个所谓的AI芯片,并用它来进行系统级的评估。该评估平台开发标准系统电路、验证电路、测试电路、评估板等共性平台技术,并将这些共性技术作为AI加速器的评估平台提供给中小企业和风险投资公司,旨在使各企业能够在短时间内开发出自己的搭载AI加速器的芯片并使用它们进行系统级评估。

作为本评估平台的演示与中小企业和风险投资公司的合作※7并配备6种独特的AI加速器CMOS※8我们已经完成了采用28nm工艺的评估芯片(AI-One)的设计,并已开始在外部制造公司进行原型生产。

AIST将于2021年5月10日至11日在LSI and Systems Workshop 2021(由电子信息通信工程师学会集成电路研究专业委员会主办)的AI芯片设计基础讲座中介绍该评估平台和评估芯片(AI-One)。有关LSI and Systems Workshop 2021的更多信息,请参阅下文。

LSI 和系统研讨会 2021https://wwwgakkai-webnet/gakkai/ieice/icd/indexhtml

 

2。评估平台概述

[1]评估平台优势

使用该AI加速器评估平台具有以下优势。

  1. AI加速器开发者可以通过将自己的AI加速器纳入到底层设计云上的评估平台中,在设计阶段就估算出AI加速器在芯片上实现时的运行频率、功耗和性能。此外,AI加速器以外的组件作为通用部件提供,减少了整体芯片设计和时间。这使得我们能够在短时间内开发出AI芯片(与传统技术相比不到45%)。
  2. AI 加速器开发者由评估平台定义劳教指南※9,您可以在AI加速器的系统级别发现并消除隐藏在计算机程序中的缺陷。它还可以轻松地与标准系统电路连接。
  3. 多个 AI 加速器可以集成在同一芯片上并同时进行原型设计,从而可以显着降低原型设计成本。
  4. 为了确保AI加速器设计信息的机密性,可以在加密的AI加速器RTL描述的情况下进行设计和验证工作。

[2]评估平台配备的标准系统电路

该评估平台标配以下电路。

  1. CPU:
    双核配置中系统级评估所需Linux※10以及各种应用软件。
  2. 内部网络:
    为AI加速器的各种接口请求提供片内网络功能。
  3. 测试电路:
    为芯片内部逻辑电路和内置存储器提供故障检测功能。
  4. LPDDR:
    这是一个高速存储器接口电路,用于将低功耗DDR(双倍数据速率)型动态存储器连接到芯片。
  5. PCIe※11
    PC等标准外设接口PCI Express※11这是用于连接30的高速接口电路。
  6. 外围设备:
    这是加载芯片调试函数和程序的接口。

     

图2

图2 边缘AI评估平台基本部分

 

3。未来计划

在本项目中,我们将使用本次设计的评估芯片(AI-One),根据设计阶段估算的各加速器的功耗和工作频率,在2021年9月左右搭载实际芯片的板上进行对比评估,并在真实环境中进行加速器的评估。我们将利用这些反馈来建立一个更易于使用的边缘人工智能芯片评估平台。

此外,该中心还将继续进行AI芯片设计相关共性平台技术的开发,打造更加易用的AI芯片设计环境。通过这些努力,我们将建立人工智能芯片设计基地,支持日本中小企业和风险投资公司开发人工智能芯片。

 

注释

※1加速AI芯片研发创新推进工程
项目名称:加速AI芯片研发创新促进项目/开发共性平台技术,加速AI芯片研发
实施期限:2018 年至 2022 年[返回来源]
※2 EDA工具
EDA 代表电子设计自动化。自动化、支持和协助半导体集成电路等电路设计的软件。[返回来源]
※3 IP核
IP 代表知识产权。指构成半导体集成电路的部分电路信息,特别是按功能组织的信息。[返回来源]
※4 AI加速器
执行为 AI 应用(尤其是神经网络和机器学习)开发的算法的引擎(功能单元)。[返回来源]
※5评估平台
它是(1)半导体芯片设计方法,(2)适合芯片预期用途的标准系统电路,以及(3)使用与规范中定义的半导体制造条件相匹配的设计工具的方法的组合。这次,我们结合使用28nm工艺制造条件和标准系统电路来设计边缘AI半导体芯片的方法。[返回来源]
※6:SoC
片上系统的缩写。使用设计方法制造的半导体芯片,该设计方法在单个半导体芯片上实现系统操作所需的许多或全部功能。[返回来源]
※7 与中小企业、风险投资公司的合作
本次活动得到了以下五家公司的合作。
Accel有限公司、数字媒体专业有限公司、Privatech有限公司、LeapMind有限公司、Logic Research有限公司[返回来源]
※8:CMOS
互补金属氧化物半导体是一种基本电路元件,其中p沟道和n沟道MOS晶体管相互互补连接。[返回来源]
※9 劳教指南
本文档介绍了如何使用EDA工具验证AI加速器接口规范和RTL描述(即AI加速器的电路描述)是否存在结构违规。 RTL是Register Transfer Level的缩写,是一种用硬件描述语言描述逻辑电路的方法。[返回来源]
※10 Linux
世界上最流行的开源操作系统 (OS)。它是一种基于UNIX的操作系统,其程序向公众开放,任何人都可以自由获取、使用、修改和重新分发。 (出处:摘自Incept Co, Ltd IT术语词典)https://e-wordsjp/w/Linuxhtml,Linux 是 Linus Torvalds 的注册商标)[返回来源]
※11 PCIe 和 PCI Express
PCIe 和 PCI Express 是 PCI-SIG 的注册商标。[返回来源]