Google系、効率的な半導体設計AIの詳細を発表：注目ニュース✨

2024年10月7日 07:08

発表日：2024年9月26日

Google DeepMindが開発したAlphaChipが、コンピューターチップの設計プロセスに革命をもたらしています。2020年にNatureから初めて発表されたこの画期的な強化学習手法は、チップレイアウトの設計を大幅に加速し最適化することで、世界中のハードウェアに使用される高効率なチップレイアウトを生み出しています。

今回DeeoMind社は、手法とそれがチップ設計分野に与える影響について詳しく説明した追加論文をNatureから出版しました。この記事では、その内容について詳しく説明していこうと思います。

AlphaChipとは

AlphaChipは、人工知能（AI）を活用してチップ設計を加速・最適化する手法です。この技術は、GoogleのカスタムAI加速器であるTensor Processing Unit（TPU）の最新3世代で超人的なチップレイアウトの設計に使用されています。

従来、チップレイアウトの設計は非常に複雑な作業でした。多数の相互接続されたブロック、回路コンポーネントの層、そして極めて細い配線が絡み合い、さらに複雑な設計制約を同時に満たす必要がありました。

この複雑さゆえに、チップ設計者たちは60年以上にわたってチップフロアプランニングの自動化に苦心してきました。

AlphaChipは、この課題に対してゲームのようなアプローチを取ります。空白のグリッドから始まり、一度に1つの回路コンポーネントを配置していきます。

すべてのコンポーネントの配置が完了すると、最終的なレイアウトの品質に基づいて報酬が与えられます。

AlphaChipはすでに実際の半導体設計に活用されている（引用元：https://deepmind.google/discover/blog/how-alphachip-transformed-computer-chip-design/）

AlphaChipの仕組み

AlphaChipの核心は、新しい「エッジベース」グラフニューラルネットワークにあります。

この技術により、AlphaChipは相互接続されたチップコンポーネント間の関係を学習し、チップ間で一般化することができます。これにより、AlphaChipは設計するレイアウトごとに性能を向上させることができるのです。

GoogleのTPUレイアウトを設計する際、AlphaChipはまず過去の世代のさまざまなチップブロックで練習します。これには、オンチップおよびチップ間ネットワークブロック、メモリコントローラー、データ転送バッファーなどが含まれます。この過程は事前トレーニングと呼ばれます。

その後、現在のTPUブロックに対してAlphaChipを実行し、高品質なレイアウトを生成します。AlphaChip は、最新のTrillium (第 6 世代) を含む TPU の各新世代で、より優れたチップレイアウトを設計し、全体的なフロアプランをより多く提供することで、設計サイクルを加速し、より高性能なチップを生み出しています。

Google の Tensor Processing Unit (TPU) の 3 世代 (v5e、v5p、Trillium を含む) にわたる AlphaChip 設計のチップブロックの数を示す棒グラフ。（引用元：https://deepmind.google/discover/blog/how-alphachip-transformed-computer-chip-design/）

TPU 物理設計チームによって生成された配置と比較した、Google の Tensor Processing Unit (TPU) の 3 世代にわたる AlphaChip の平均配線長の削減を示す棒グラフ。（引用元：https://deepmind.google/discover/blog/how-alphachip-transformed-computer-chip-design/）

AlphaChipの影響

AlphaChipの影響は、Alphabet社内、研究コミュニティ、チップ設計業界全体に及んでいます。TPUのような特殊なAI加速器の設計だけでなく、GoogleのAxionプロセッサなど、Alphabet社内の他のチップのレイアウトも生成しています。

Google データセンター内の Cloud TPU v5p AI アクセラレータスーパーコンピュータの列。（引用元：https://deepmind.google/discover/blog/how-alphachip-transformed-computer-chip-design/）

外部の組織もAlphaChipを採用し、さらに発展させています。例えば、世界有数のチップ設計会社であるMediaTekは、AlphaChipを拡張して Samsung の携帯電話で使用されているDimensity Flagship 5Gなどの最先端チップの開発を加速し、電力、性能、チップ面積を改善しています。

AlphaChipは、チップ設計におけるAIの活用に関する研究を爆発的に増加させ、ロジック合成やマクロ選択など、チップ設計の他の重要な段階にも拡張されています。

未来のチップ設計

Google DeepMindは、AlphaChipがチップ設計サイクルのあらゆる段階を最適化し、スマートフォン、医療機器、農業センサーなどの日常デバイスに使用されるカスタムハードウェアのチップ設計を変革する可能性があると考えています。

現在、AlphaChipの将来バージョンが開発中であり、Google DeepMindはコミュニティと協力して、この分野の革新を続け、より高速で安価、そして電力効率の高いチップの未来を実現することを目指しています。

まとめ

AlphaChipは、AIを使用してチップ設計を加速・最適化する革新的な手法です。
この技術は、GoogleのTPUなど、世界中のハードウェアで使用される超人的なチップレイアウトを生成しています。
AlphaChipは、チップ設計をゲームのようなアプローチで解決し、エッジベースグラフニューラルネットワークを使用して学習します。
この技術は、Alphabet社内外で広く採用され、チップ設計業界に大きな影響を与えています。
将来的には、チップ設計サイクルのあらゆる段階を最適化し、より高性能で効率的なチップの開発を可能にすることが期待されています。

この記事が勉強になったよという方は、スキお待ちしています🥰

今後も、半導体やテクノロジーに関する分かりやすい記事をお届けしますので、見逃したくない方はフォローも忘れないでくださいね✨

最後まで読んでいただき、ありがとうございました！

専門用語

強化学習：環境との相互作用を通じて学習するAIの一種
Tensor Processing Unit（TPU）：Googleが開発したAI専用の演算処理装置
エッジベースグラフニューラルネットワーク：グラフ構造のデータを処理するニューラルネットワークの一種
事前トレーニング：本番のタスクの前に行う予備的な学習プロセス
ロジック合成：論理回路の設計プロセス
マクロ選択：チップ設計における大規模な機能ブロックの選択プロセス

#AlphaChip #AI #チップ設計 #Google #TPU