AI를 사용하여 RISC-V CPU를 인간 팀보다 약 1000배 빠르게 설계하는 데 중국 연구팀이 성공

특정 요구사항을 충족하는 것을 설계하는 작업은 매우 첨단적 능력으로 최근에는 AI를 사용하여 새로운 재료와 단백질, 컴퓨터 프로그램 등을 설계할 수 있음이 입증되었습니다. 새롭게 중국의 연구팀이 오픈소스의 명령세트 아키텍처인 RISC-V CPU를 인간보다 단시간에 AI로 설계시키는 데 성공했다고 발표했습니다.

Pushing the Limits of Machine Design: Automated CPU Design with AI
https://doi.org/10.48550/arXiv.2306.12456

Chinese Researchers Used AI to Design RISC-V CPU in Under 5 Hours | Tom's Hardware
https://www.tomshardware.com/news/chinese-researchers-usedai-to-design-industrial-scale-risc-v-cpu-in-under-5-hours

Chinese Researchers Used AI to Design RISC-V CPU in Under 5 Hours

연구팀은 첨단 인공지능을 사용하여 재료와 컴퓨터 프로그램을 만들 수 있는 능력이 이미 입증되었으나 이러한 대상을 설계하기 위한 탐색공간은 비교적 좁기 때문에 기계가 인간처럼 설계를 할 수 있을지는 미해결 문제입니다. 그래서 컴퓨터의 두뇌이고 인류가 지금까지 설계한 세계에서 가장 복잡한 디바이스 중 하나인 CPU를 AI로 설계하게 했다고 밝혔습니다.

AI가 RISC-V CPU를 자동 설계하도록 하기 위해 연구팀은 공식적인 프로그램 코드 대신 외부 입출력 관측치만을 사용하여 CPU의 논리회로를 Binary Speculation Diagram(BSD)이라는 그래프 구조로 생성시킨다는 접근법을 채택했습니다. BSD를 생성할 때는 몬테카를로법에 의한 전개와 부울함수를 사용하여 정밀도와 효율을 보증했습니다.

실제로 AI가 자동 설계한 RISC-V CPU는 65nm 공정으로 제조되어 최대 300MHz로 동작했다고 연구팀은 보고했습니다. 또한 이 CPU에서 Linux Kernel 5.15를 사용하여 벤치마크 테스트인 SPECint2000을 실행하여 얼마나 성능을 발휘하는지 확인했습니다.

연구팀이 실시한 벤치마크 테스트의 결과를 살펴보면 중앙에 있는 CPU-AI가 이번 AI가 설계한 RISC-V CPU로 1992년에 취미 PC용으로 등장한 A3010을 약간 웃돌고 1991년에 등장한 i486SX와 같은 수준의 성능을 냈습니다.

이번 연구에서 AI는 단 5시간 이내에 CPU를 자동 설계할 수 있었습니다. 이는 인간 팀이 동등한 작업을 수행한 경우에 비해 약 1000배나 빠르다고 연구팀은 보고했습니다.

AI가 개발한 CPU가 1991년에 등장한 CPU 수준의 성능을 낸 것에 대해 부족하다고 생각하는 사람도 있을지도 모릅니다. 그러나 연구팀은 입출력 관측만으로 CPU를 개발한 것은 큰 성과이며 “우리의 접근은 노이만형에 관한 인간의 지식을 자율적으로 발견할 수 있음을 보여주었다”며 AI를 사용하여 CPU 설계 사이클을 크게 단축하고 반도체산업을 변화시킬 수 있다고 전망했습니다.