Návrh nového křemíkového čipu není žádná legrace. Nejen že musíte vyvinout jeho softwarovou logiku – API, nebo použít některou z hotových a komerčně dostupných instrukčních sad (ARM, RISC-V aj.), ale tím nejdůležitějším krokem bude stejně návrh samotného fyzikálního obvodu pro křemíkový wafer.
Tzv. placement nakonec rozhoduje o tom, jakým způsobem bude čip vyzařovat teplo, jak bude chybový, takže se některé elementární logické operace budou muset opakovat častěji, což zpomalí celý výpočet, a také jestli bude čip vůbec na fyzikální úrovni vše stíhat.
Placement je opravdová věda
Představte si například čip pracující s nativním taktem 1 GHz. Jeden pulz tedy trvá 1 nanosekundu. Během něho se musí vykonat veškerá elementární a dále nedělitelná práce, jinak by došlo ke zhroucení celého synchronního stroje.
Když byste v takovém obvodu vytvořili nějaký synchronní logický obvod, který musí vykonat práci právě během jednoho taktu, ale jeho elektrická cesta by byla příliš dlouhá a postupně by ji zpomalovala třeba řada logických hradel, ani informace šířící se v elektromagnetickém poli téměř rychlostí světla, by to nemusela stihnout.
Program v jazyku Verilog pro čip FPGA, který rozbliká LED na jednom z pinů GPIO. Na hardwarové úrovni tvoří program vzájemné propojení základních logických členů/hradel čipu FPGA. I tato propojující cesta musí být co nejefektivnější, a tak každé vývojové prostředí pro FPGA nabízí detailní analýzu času až na úroveň pikosekund.
S designem správného placementu dnes proto čipovým návrhářům pomáhají specializované programy, které při výpočtu cesty neustále hlídají, jestli náš abstraktní programátorský záměr nekoliduje se zákony fyziky.
Google experimentuje s počítáním placementu pomocí A.I.
I tak ale může detailní návrh placementu trvat celé týdny a měsíce. Inženýři Googlu, který pro svoji stáj navrhl vlastní A.I. čipy TPU a Edge TPU, si proto řekli, proč nezkusit vpustit neuronovou síť i do návrhu korektní elektrické cesty v nitru miniaturních čipů.
Výpočetní jednotka s čipy pro A.I. Google TPU
Neuronce předali ke studiu svoje a další veřejné návrhy a dobrá věc se nakonec opravdu podařila. To, co expertům s dosavadními softwarovými prostředky trvalo několik týdnů, zvládl experimentální algoritmus za méně než 24 hodin.
Autoři se se svým optimalizačním mechanizmem pro návrh čipů pochlubili na Arxivu, a pokud jej dokážou přetavit v použitelnou věc, mohl by Googlu výrazně pomoci s návrhem dalších vlastních integrovaných obvodů. Nejen pro datová centra, ale třeba i pro mobilní telefony.
