什么是 AI 芯片？

如今，关于 AI 的讨论比比皆是，它正在改变从职场、医疗、太空探索到生活方式的一切。AI 正在渗透到技术的方方面面。它提高了数据中心运行大规模扩展工作负载的能力，并以比以往更高的效率处理更高的复杂度。同时，它催生了边缘计算并正在变革物联网。但究竟什么是 AI 芯片？为什么它们对我们迈向新时代具有如此重要的意义？

当今的 AI 芯片在 FPGA、GPU 和 ASIC 加速器上运行机器学习工作负载等 AI 技术。它们能够处理更多变量和计算细节，并且处理的数据量呈指数级增长。事实上，对于数据密集型应用而言，它们的运行速度和效率比传统集成电路 (IC) 快几个数量级。

半导体架构经历了一场革命，才造就了 AI 芯片。最新的进展是将 AI 芯片架构化为许多针对其独特功能进行优化的独立异构组件，并集成在单个封装中。这些多裸芯系统打破了传统单芯片 SoC 设计的局限性，后者的性能天花板正迅速逼近。事实上，这些多裸芯系统是实现深度学习功能的基石。

AI 芯片旨在以高速度和高效率处理复杂、数据密集型的计算任务。它们支持数据中心、服务器、汽车、智能手机和高端图形处理等严苛应用。

AI 芯片架构还可以提供更高的处理密度和更快的内存访问速度，从而有助于加速 AI 训练和其他计算密集型工作负载。这些功能可以降低数据中心成本，或者为团队提供更大的灵活性来试验自己的计算资源。

如今，AI 不仅被用于芯片的功能性工作中，还被用于芯片设计，极大地提升了工程生产力。AI 技术现已融入半导体开发的整个过程，用于协助设计、验证和测试 IC。其中，强化学习能够快速确定优化目标。此外，业界正开始在芯片设计中探索生成式 AI，以更好地支持定制化并提高生产力。将 AI 用于芯片设计的优势包括：

• 功耗、性能和面积 (PPA) 得到显著改善

• 能够复用在其他设计中取得的（以及从中吸取的）效率成果

• 更高的生产力和更快的上市时间 

• 更快的节点间设计迁移

这些优势与该技术处理繁琐迭代任务的能力相结合，解放了工程师，使他们能够专注于能够实现竞争优势的设计问题。

AI 加速器是多裸芯系统中的一种组件裸芯。AI 加速器可实现工作负载更高的可扩展性和处理速度。这些专门的架构可以提高适用工作负载的能效。这至关重要，尤其是在数据中心，因为大量的电力预算都用于保持系统冷却。在边缘端同样至关重要，因为低功耗对于联网设备的计算处理必不可少。AI 加速器还降低了系统的延迟。它们不仅实现了可扩展性，还实现了系统的异构特性。

AI 芯片中的电源管理是一个全栈挑战——涵盖架构、RTL、实现和签核，旨在保持高性能的同时，将功耗、热量和可靠性控制在限制范围内。毛刺是原因之一：不必要的开关活动会浪费能量，并可能引发局部电流尖峰、电压下垂（IR 压降）、噪声以及长期可靠性风险（如电迁移）。其影响从小幅效率损失到时序故障，乃至峰值负载下的灾难性不稳定不等。管理这一点需要预防和测量并重：准确的延迟和开关数据、支持功耗感知的分析以识别异常活动，以及在现实工作负载瞬态下验证配电网络。由于 AI 芯片追求极致的利用率和功率密度，因此必须通过功耗意图和微架构决策实施“左移”——采用时钟/电源门控、对 DVFS 和电压岛友好的分区以及工作负载感知设计等技术，以减少可避免的开关并防止压降和热点。

与所有领域一样，人工智能正在扩展到 EDA 工具和验证中。Synopsys.ai™ 是业界首款由 AI 驱动的全栈 EDA 设计套件，可促进从架构到签核的设计所有阶段。它是革命性的，因为它使设计人员能够：

• 扩展设计流程中的选择，以实现无与伦比的 PPA。
• 通过自主收敛到可直接投片（tape-out-ready）的解决方案，以最快速度达成设计目标。
• 提升自身能力，以专家级水平开展工作。
• 以更高的覆盖质量更快地验证其设计，从而避免漏洞未被发现。

您可以通过以下链接详细了解人工智能在 EDA 和验证工具中的作用：AI 如何增强 EDA 工具和芯片设计、利用人工智能和机器学习增强芯片验证以及利用人工智能进行 SoC 设计验证和芯片调试。

AI 芯片是超大规模数据中心的理想选择。其处理能力正开始从中心向边缘迈进，无论是您的智能手机、智能家居还是任何智能设备。当前生成的数据比以往任何时候都要多。AI 芯片在高性能计算等领域发挥着关键作用，超级计算机可以借此处理海量数据集，从而帮助我们更好地了解全球变暖、大流行病以及我们在宇宙中的位置。在数据中心，AI 芯片将帮助我们达到新的效率水平，在最高性能下消耗更少的能量。在边缘端，在一个真正万物互联的世界中，AI 芯片将使我们能够实现计算能力的去中心化。此外，还有许多尚未诞生的应用。我们才刚刚开始意识到 AI 芯片的潜力。

虽然 AI 芯片已经在改善您的技术体验，但如今您最常在需要最高性能水平的领域看到它。未来，光子学和多芯片系统将有助于实现更高的能效，随着时间的推移，使该技术更容易应用于更多对功耗敏感的应用，并变得日益普及。

AI 芯片和 AI 芯片设计正将我们带向超越想象的能力边界。AI 芯片将继续从超大规模数据中心向边缘端普及，融入我们的生活结构，帮助我们更好地连接，并使我们能够解决以前无法解决的问题。我们将继续为 AI 芯片寻找新的用途，这不仅会简化我们的各项旅程，还将开辟全新的世界供我们探索，释放我们的想象力。

Synopsys 以半导体设计、验证和 IP 技术支持 AI 芯片开发，以应对日益复杂的计算架构。Synopsys.ai 将 AI 驱动的优化引入芯片设计工作流，帮助工程团队在开发先进 AI 系统的同时，探索实现方案并改善功耗、性能和面积（PPA）。

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