L’IA de Google pourrait concevoir les puces électroniques de demain

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Et si l’Intelligence Artificielle (IA) aidait l’industrie électronique à concevoir des puces ? 

C’est l’ambition de Google, qui travaille actuellement sur l’automatisation du plan d’étage des puces électroniques grâce à l’IA.
Une solution qui permettrait un réel gain de temps pour les ingénieurs, pour qui la tâche est encore longue et fastidieuse.

Comment sont conçues les puces ?

Généralement, la surface d’une micropuce est comprise entre quelques dizaines et quelques centaines de millimètres carrés, au sein desquels doivent tenir les milliers de composants (unités de mémoire, de logique et de traitement, fil ultra pour l’inter-connectivité, etc).

Lors de la conception, les ingénieurs définissent le fonctionnement de ses sous-systèmes dans un langage de haut niveau, tel que VHDL, SystemVerilog ou encore Chisel.
Ce code sera ensuite traduit dans une “netlist” : une description de la connectivité au sein d’un circuit.
Elle permet de référencer les différents éléments et décrit comment les cellules standards et les macroblocs seront connectés par les fils pour un fonctionnement optimal de la puce.
Parmi les cellules standard on retrouve notamment des éléments de base comme des dizaines de milliers de portes logiques NAND et NOR, tandis que les macroblocs contiennent des milliers de blocs mémoires ainsi que d’autres composants destinés à exécuter une fonction spécifique.

Lors de la conception, c’est la “planification d’étage à puce” qui s’avère être la plus complexe. L’agencement des cellules standards et des macroblocs sur la puce est primordial pour optimiser le fonctionnement collectif de ses cœurs CPU et GPU, sa mémoire cache, ses contrôleurs RAM, etc.
Leur emplacement est également très important pour déterminer ses besoins en consommation d’énergie, en synchronisation ou encore la vitesse à laquelle les signaux peuvent être transmis sur la puce. 

L’IA derrière la conception de puces électroniques

C’est dans un article publié dans la revue Nature, que des chercheurs de Google ont détaillé leur solution d’automatisation du plan d’étage de puces électroniques.

Concrètement, il s’agit d’un logiciel basé sur l’IA capable de concevoir des microprocesseurs plus rapidement que les ingénieurs.
Pour rappel, un microprocesseur est une version miniaturisée d’un circuit logique, destiné à traiter les instructions de l’ordinateur.

Ici, l’IA interviendrait justement dans l’étape du plan d’étage, qui consiste à définir le placement de l’ensemble des composants de la puce pour optimiser l’espace, tout en priorisant l’inter-connectivité des éléments. 

Le système de réseau neuronal convolutif développé par les spécialistes de l’IA de Google se charge de définir le placement pour obtenir une disposition optimale de l’ensemble, comme s’il jouait à un jeu.
En temps normal, cette étape peut prendre des mois, voire des années, pour être réalisée par des humains. L’IA de Google serait capable de la réaliser en moins de six heures.

Pour arriver à ce résultat, les chercheurs ont entraîné l’IA avec 10 000 modèles de microprocesseurs grâce au Deep Learning.
Le résultat est plutôt différent de celui des ingénieurs, l’IA favorisant toujours l’optimisation de l’espace quand les ingénieurs s’appuient sur une bonne organisation.
Ainsi, les microprocesseurs conçus par l’IA sont plus petits, plus performants tout en consommant moins.

Pour s’assurer du bon fonctionnement des signaux d’horloge ou encore du routage, des experts et des outils logiciels habituels sont (encore) nécessaires.

Pour appuyer ce nouvel outil, les chercheurs précisent que l’IA a déjà été utilisée pour concevoir la dernière génération des puces de l’unité de traitement tensoriel de Google (TPU), qui sont utilisées pour les applications d’apprentissage automatique basées sur le cloud de l’entreprise. D’autres équipes doivent également tester le logiciel de conception pour vérifier son efficacité et sa résistance.

Un gain de temps considérable

Avec une conception via l’IA bouclée en seulement six heures, cette “méthode a le potentiel d’économiser des milliers d’heures d’effort humain pour chaque nouvelle génération”, explique Google.

Une innovation qui pourrait révolutionner le marché de l’électronique au sens large, notamment celui des smartphones.
En effet, les smartphones et les ordinateurs embarquent aujourd’hui des microprocesseurs pensés plusieurs années avant leur sortie.
Un décalage qui ne permet donc pas d’aligner les produits en temps réel avec les dernières avancées technologiques.

“L’automatisation et l’accélération du processus de conception des puces peuvent également permettre la co-conception de l’IA et du matériel”, indique l’article de Nature.

Un avenir à développer

Les puces électroniques sont primordiales pour le bon fonctionnement des innovations d’aujourd’hui et de demain. On les retrouve partout, dans le développement de véhicules autonomes ou le déploiement de la 5G par exemple, mais aussi dans l’IA en général.
Autant de domaines dans lesquels les puces de Google conçues par IA pourraient permettre un développement plus rapide de ses technologies.

Ce processus accéléré pourra être appliqué à l’ensemble des puces selon les chercheurs, puisque le réseau neuronal est “capable de se généraliser à l’ensemble des puces – ce qui signifie qu’il peut tirer des enseignements de son expérience pour devenir à la fois meilleur et plus rapide dans la conception de nouvelles puces – ce qui permet aux concepteurs de puces d’être assistés par des agents artificiels ayant plus d’expérience qu’aucun humain ne pourra jamais en acquérir”, précisent-ils. 

La pandémie de Covid-19 a contraint de nombreuses usines fabriquant des puces à fermer, créant ainsi une pénurie mondiale de puces électroniques.

Avec l’automatisation d’une partie de la conception des puces rendue possible par l’IA de Google, la création pourrait devenir bien plus rapide et ainsi répondre à la fois à la forte demande et aux besoins actuels du marché, y compris en cas de contexte mondial particulier.

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