英特爾(er)創始人之(zhi)一(yi)戈登·摩爾(er)曾說過(guo)，集成電路上(shang)可以容納的(de)(de)晶體管(guan)數目大約每經過(guo)18個(ge)月(yue)便會(hui)增加一(yi)倍。換句話說，處理器的(de)(de)性能(neng)每隔兩年就(jiu)會(hui)翻一(yi)倍。這句話作(zuo)為(wei)經驗之(zhi)談，一(yi)定(ding)程度上(shang)揭示了信息技術發展的(de)(de)迅猛(meng)，后來成為(wei)著(zhu)名的(de)(de)“摩爾(er)定(ding)律”。然(ran)而，隨著(zhu)制程的(de)(de)不斷(duan)演(yan)進，無(wu)法(fa)自(zi)動布(bu)局規劃已成為(wei)芯片突(tu)破的(de)(de)一(yi)個(ge)重要挑戰，這一(yi)定(ding)律在近年來也有所放緩。

近日，來自美國(guo)加州谷歌研究(jiu)院的科學(xue)家，通過(guo)一種深度(du)強化(hua)學(xue)習方法完成了芯片的布局設計。原(yuan)本人類專家需要花費(fei)數周時間完成的過(guo)程，現在平均6小時內就(jiu)能完成，速(su)度(du)超(chao)過(guo)28倍。

一般情況下，微芯片的面積約為幾十到數百毫米平方，在一塊指甲蓋大小的硅片上排列并互連了數十億個晶體管。每個芯片上包含數了千萬個邏輯門（稱為標準單元），以及數千個存儲塊（稱為宏塊或宏）。
單(dan)元(yuan)和宏塊通過數(shu)十(shi)公里的(de)(de)布(bu)線互連以實現(xian)設(she)計的(de)(de)功能(neng)，它們的(de)(de)位(wei)置對(dui)設(she)計結果至關重(zhong)要，因(yin)為(wei)相應的(de)(de)位(wei)置會在(zai)很(hen)大程度上影響芯(xin)片的(de)(de)處理速度和電源(yuan)效率。到(dao)目前為(wei)止，尤其是在(zai)布(bu)局規劃方(fang)面還沒(mei)有任(ren)何自動化嘗試(shi)，它常常是由專業(ye)的(de)(de)人類工程師(shi)在(zai)數(shu)周或(huo)數(shu)月內努力工作而出。

在芯片(pian)的(de)(de)設計過程(cheng)中，全(quan)局布(bu)線是(shi)最復雜和耗(hao)時的(de)(de)階段之(zhi)一(yi)，也是(shi)決定芯片(pian)整(zheng)體(ti)性能的(de)(de)關鍵。針對(dui)這一(yi)板塊(kuai)的(de)(de)缺失(shi)，谷(gu)歌的(de)(de)研(yan)究團隊研(yan)究開發出(chu)一(yi)種機器學(xue)習工(gong)具，用(yong)來(lai)加速布(bu)局規劃的(de)(de)流程(cheng)。

科學家們將芯片的布局規劃部分設計為一個強化學習問題，開發出可完成的芯片設計神經網絡。這個智能網絡會把布局規劃看作一個棋盤游戲：元件是“棋子”，放置元件的畫布是“棋盤”，“獲勝結果”則是根據一系列評估指標評出的最優性能（評估基于一個包含1萬例芯片布局的參(can)考數據集）。這(zhe)種方法(fa)能(neng)在6小時內設(she)計出與人類專家不(bu)相上下或(huo)是更好(hao)的可行(xing)芯(xin)片布局，提速超過了28倍(bei)。

該設計不僅大大節約了時間成本，還打破了芯片開發計劃中可以探索解決的方案數量。目前，研究團隊的布局規劃方案已經被應用在谷歌下一代AI處理器的設計上，未來該研究或也能用于優化城市規劃、疫苗測試等。