摩爾定律的瓶頸,未來會靠「AI 設計晶片」突破
TO 精選觀點2021-08-26
【為什麼我們要挑選這篇文章】晶片尺寸逐漸逼近物理極限,市場皆在討論,摩爾定律是否走到極限。然而隨著 AI 晶片設計技術的發展,摩爾定律會交由 AI 來延續。但未來晶片設計工程師會失業嗎?還是工程師會與 AI 協作,推動晶片設計邁進人工智慧時代?(責任編輯:郭家宏)
AI 設計的晶片,性能十年內將提高 1,000 倍。
作為 Synopsys 執行長、晶片設計自動化的先驅之一,Aart de Geus 在 Hot Chips 在線晶片大會上表示,現在人工智慧設計的晶片,性能可能會在未來十年內提高 1,000 倍。
自 80 年代以來,自動化一直都是晶片設計的一部分。但現在,每兩年晶片性能翻一倍的「摩爾定律」似乎已經達到了瓶頸。要突破這個瓶頸,最好的辦法或許就是你我都熟知的:人工智慧。
一篇刊登在 Nature 上的文章指出,經過訓練的機器學習系統,在晶片設計上的表現超過人類。
不少晶片架構師都擔心自己的飯碗未來會被 AI 搶走。不過 De Geus 卻認為,晶片架構師不僅不會下崗,還會轉移到產業鏈的上遊,比現在負責更多任務。
Synopsys 從去年開始就使用 AI 來設計客戶的晶片,與人工設計的晶片相比有了相當大的改進。目前,三星也正在使用 Synopsys 的工具 DSO.ai 來設計 Exynos 晶片。而它的競爭對手 Cadence Design Systems 也在今年推出了自己的人工智慧晶片設計專案。
用 AI 設計晶片,有望打破摩爾定律的瓶頸
De Geus 在 1986 年創立了 Synopsys,一家電子設計自動化(EDA)軟體公司。憑借多年尖端半導體設計經驗,Synopsys 利用這個寶貴的資產制作了第一代 AI 晶片軟體 DSO.ai。
要超越摩爾定律,就要利用 AI 來解決複雜性、功耗和擴展要求,最終實現 1,000 倍性能的目標。
「機器學習出現在我們使用的每一種工具中,這個設計空間優化(DSO)的新工具的不同之處在於,它不適用於單個設計步驟,而是適用於整個設計流程。」
這就是 Synopsys 採用的自主晶片設計方法,從綜合方法進行晶片設計,而不僅僅是晶片布局。
晶片設計的一個早期步驟是 floor planning,其確定了晶片的尺寸、標準單元的排列形式、IO 單元及宏單元的位置、電源地網絡的分布等。
由於宏單元潛在配置數量巨大(約為 10^2500),規劃就會變得非常複雜,而且隨著邏輯電路設計的發展,還需要進行多次疊代。如果每次疊代都由人類工程師手動生成,就要耗時數天或數週。
但如果用 AI 設計晶片,它就能夠利用強化學習,優化晶片的功率、性能和面積大小。還能解決針對特定應用程式以及系統的所有維度的快速定制晶片:硬體(物理)、軟體(功能)、可製造性和架構(形式)。
隨著 AI 接管更多任務,以往負責設計少量電晶體的工程師,現在可能負責設計更大晶片中的 10 億個電晶體。
這樣就能夠在更短的時間內設計出更快的晶片,改變晶片的架構,將晶片性能提高 10 倍、100 倍甚至是 1,000 倍。
Google、NVIDIA 正在用 AI 設計晶片
與使用最先進設計工具的世界一流設計團隊相比,DSO.ai 能夠將功耗降低 25%,性能是當下最好的 AI 晶片設計工具的 5 倍。
而在未來的 AI 晶片設計時代,晶片能夠根據各個垂直行業進行設計。
面對特定專案的差異化需求,DSO.ai 可以用來優化輸入參數以及晶片設計工作流程的選擇。
工程師可以使用 DSO.ai 進行更多設計流程中的參數輸入,例如微調庫單元以提供最佳頻率或最低功率,採用現有平面圖並盡量縮小晶片尺寸,確定多高的工作電壓會實現功耗與性能的最佳權衡等。
全球「缺晶片」,雖然說不少產業都受到影響,但人們也深刻認識到了晶片的重要性。晶片雖小,但卻是一個重要的基礎設施。
除了 Synopsys,Google、NVIDIA 也開始嘗試使用人工智慧技術設計晶片。Google 的 TPU(張量處理單元)晶片即將發布新版本,優化了人工智慧計算。目前 NVIDIA 也專注於使用 AI 技術生產更好的 GPU 和雲端運算 TPU 平台,以增強自身競爭力。
晶片設計的工程師不會失業。而人工及 AI 相結合的設計思路將會推動晶片設計邁進人工智慧時代。
附圖:人類設計的晶片平面圖(a)與機器學習系統生成的平面圖(b)
摩爾定律逐漸扁平,晶片設計重任落到了 AI 肩上。
在晶片設計的新時代,自動化大不相同。
晶片定制會更普遍
資料來源:https://buzzorange.com/techorange/2021/08/26/ai-sustain-moore-law/
摩爾定律重要性 在 Eddie Tam 譚新強 Facebook 的精選貼文
譚新強:Galileo的教誨:人類非宇宙中心點
文章日期:2021年5月21日
【明報專訊】人類非常自以為是,一切以自己為中心的動物。自古以來,不止大部分人都以為大地是平或者是方的,他們更以為天上的星星、月亮和太陽,都是圍繞着我們而運轉的。當伽利略(Galileo Galilei)以望遠鏡觀察得來科學證據,支持哥白尼(Nicolaus Copernicus)的太陽中心論,他就被教廷批鬥和逼害了20多年之久。
即使現代人也有同樣自以為是的主觀願望。不少人偏見地以為近數十的所謂新發明,例如互聯網、手機、AI、機械人和加密貨幣等,都必然是人類史上最偉大和最重要發明。更有不少人甚至相信所謂加速回報定律(Law of Accelerating Returns),認為重要科技發明的速度不斷提升,很快就將達到人網合一的所謂「奇點」(Singularity)!
客觀點來看,這些科技發展雖重要,尤其互聯網和手機,令到日常生活更方便和豐富,但怎可能比火、蒸氣機、電力、電話、汽車和飛機等更重要?有人曾問過李光耀,什麼是偉大發明?他的答案是對新加坡而言,最重要的發明是空調!他認為在熱帶地區,如沒有空調,工作效率非常低,經濟發展必更困難。你可能以為李光耀此言是開玩笑,小小一台冷氣機,怎可能那麼偉大?但事實擺在眼前,新加坡是熱帶國家中,極少數(差不多唯一)能達到發達國家水平的國家之一,成功原素當然不止空調這麼簡單,但他立國不久即決定盡快在所有政府辦公室裝置空調,肯定對提升政府效率有極大幫助。
近20年科技無助提升生產效率
若以生產效率的趨勢來判斷近20年科技發展的成效和重要性,不幸客觀結論就必然是頗為失望,甚至驚訝。因為不論美國或中國,過去20年的勞動生產率(labour productivity)增長都不斷放緩(見圖1及圖2),就如數以萬億美元計的IT投資,每人手中一台超級電腦,都提升不了我們的生產效率。更不需遑論AI結合機械人,再加5G,所有工廠都應變得更自動化,需要的工人極少,理論上人均生產效率必定急速提升。
這麼多「超偉大」發明,怎去解釋生產效率增長率不加速反放緩的重大謎團?我認為可探討3個可能性。
(1)從1970年代開始,個人電腦(PC)開始崛起和普及,企業投入大量資源,期望生產力效率大幅提升。但長近20年的投資期,效果一直是失望的,在互聯網普及前,大部分電腦幾乎可算是獨立的,主要用途只包括文書處理(word processing)、電子試算表(spreadsheet)和簡單資料庫(database)等,即使有通訊功能,也只限於速度極慢、撥號連線的modem。在這個單打獨鬥的環境下,大部分PC亦是一台昂貴的高級打字機,對生產力提升當然有限。後來隨着互聯網崛起、寬頻普及,企業開始看得到大量投資IT的回報。當然互聯網的發展,提供了創立大量新企業的機會(但即使如此,上世紀七十年代至今的生產力增長也一直放緩)。
同一道理,過去30年的新科技發展,將有重新提升生產力效率的一天,可能只是時辰未到。我贊同有此可能性,但到底現代科技,缺乏什麼催化劑,防止它們完全體現潛能?我也沒有準確答案,部分可能是投放的量未足夠,例如5G,大家一直期待網絡速度馬上提升10倍以上至Gbps級別,但事實上在美國和中國的用戶體驗極差,平均速度提升50%不到,某些情况和地區,甚至比4G更慢,亦較受障礙物如牆壁阻礙接收。應用方面更缺乏「killer apps」,據說在中國的流行5G App是Speedtest,就是用來測試通訊速度!現時平均每個基站服務約7000用户,當然寄望繼續增加密度,到了某個水平,希望能較成功體現5G功能。除此,高頻率的mmWave網絡仍在起步階段,高頻率才可真正大幅提升速度,但不幸物理上,mmWave穿透力更差,要實現IoT夢想,實時遙控高速機器,進行精細手術和應用於交通系統等,仍面對極大挑戰。
(2)人均生產效率增長放緩,有可能是定義和數據準確度的問題。會否是不可以金錢來量度近代科技發展所帶來的所有好處,除經濟增長外,亦有助改善人類健康、延長壽命,以及提升快樂感?有可能,事實上在過去200多年,全球人類壽命的確上升很多,從不到30歲升至現在的70多歲;但大部分應該是公共衛生的改善,尤其自來水的普及,農業進步導致營養改良,以及接生技術和環境改善,大幅減低嬰兒夭折率等,而非來自先進癌症治療法或基因工程技術。當然,近年英美的平均壽命更出現下跌趨勢。快樂的定義更抽象,跟科技發展更沒有一個必然關係,去多幾次日本就一定開心啲?著名人類學家Steven Pinker認為,原始的hunter-gatherers,以狩獵為生,不用花太多時間工作和計劃生活,平均快樂度反而比生活較穩定和富庶的農業社會高很多。原因是農業需要長達一年的工作計劃、播種、灌溉、收割和儲糧等等,全年忙碌,亦需全年憂慮天氣和瘟疫等。現代人更惨,不止需要計劃一年,未上幼稚園,已需要開始計劃人生,每年每月每日都有無窮無盡的所謂工作、責任和煩惱。
有人企圖解釋,可能分母也有問題。人均生產力增長減速,或者是因為現代經濟高度自動化,需要工作的人愈來愈少,即是失業,underemployment和不需工作的人愈來愈多,所以人均生產效率就被拉低了。這個解釋有兩個問題,首先在這次COVID大流行前,以美國為例,失業率跌至3.5%的50年新低,何來工作人數在減少?近月隨着美國疫情減退,失業率又再急速下降,所以此論點不成立。
有人指出,雖然表面失業率低,但有不少人不再尋找長工,只做點「零工」(gig),或只領救濟,所以人均生產效率被拉低。我沒有深入研究過,但我懷疑近年underemployment的情况,是否真的比以前嚴重。我的印象是從前較以農業為重的社會,鄉下的「閒人」更多,城市化才是提升人均生產力的最重要元素。
總括來說,我承認經濟數據未必能夠完全反映科技進步對人類的影響,但仍不可以此為解釋生產效率增長放緩的藉口。
人類發展漸近兩科學極限
(3)我認為最重要的解釋是人類發展已逐漸走近兩個科學上的極限。第一個是地球資源所能提供的可延續發展極限。人類發展,從古至今,尤其從工業革命開始,都可說是建築在耗用地球資源身上,尤其倚賴化石能源,最初是最髒的煤炭,後來是更好用但更有限的石油,再加上較清潔但難儲存運輸的天然氣。近年我們當然開始發現化石能源的碳排放,帶來嚴重氣候變化問題,如不能在極有限時間內解決,足可導致一次全球大規模動植物滅絕災難!
樂觀來看,這個危機當然也提供很多發展再生能源、電動車輛(electric vehicle, EV)、儲能、碳捕獲(carbon capture),以至「地球工程」(geoengineering)技術的機會。但不能否認的是地球本身是個充滿有機化學(organic chemistry)的環境,最方便的能源必然是與炭相關的,石油的能源密度是任何電池技術的20倍以上。按《巴黎氣候協議》的計劃,人類必須在2050年前達到碳中和,談何容易?去年因疫情,全球碳排放確下降了約6.5%,接近但仍不到每年遞減7%的目標,今年美、中等經濟重開,有可能達標嗎?
另一個更根本的是物理的極限。歷史上最偉大的科學突破,毫無疑問是二十世紀初,愛恩斯坦的狹義和廣義相對論,和稍後由玻爾(Niels Bohr)、海森堡(Werner Heisenberg)和薛丁格(Erwin Schrodinger)等人所發展的量子力學(quantum mechanics)。兩套理論非常偉大,亦有極大實用性,核能和核武正是它們的結合,是禍是福,見仁見智。但不幸過去60年,理論物理已可說碰到了堅硬牆壁,相對論與量子力學有非常根本性,甚至哲學性矛盾,聰明如愛恩斯坦,窮人生最後30年努力,也無法解決此問題。後人想出很多充滿創意的理論,例如超弦理論(Superstring Theory),但全都是紙上談兵,毫無實驗證明,所以於事無補。
物理極限對應用科技和經濟發展有很大影響。整個IT革命都是由半導體技術進步所推進。最有名的摩爾定律(Moore's Law),雖並非一條真正永恒不變的物理定律,但在過去50年,一直是芯片發展的一個指標。事實是每一代的芯片發展,雖仍在進步,但速度早已放緩,最初摩爾定律預期每9至I2個月,芯片密度即可翻一倍,近年已放緩至兩年以上。強如過去的老大英特爾(Intel),已停滯於14nm兩年以上,只有台積電和三星能繼續推前,能成功生產7nm芯片。即使台積電等能如期做到2nm,無疑必將接近物理極限,再縮小必將帶出各種量子世界的奇怪現象如「穿隧效應」(tunneling effect),極難控制芯片性能。
在應用層面上,影響也必極大。單是AI無人駕駛,已是個極重要的科技夢想,亦是Tesla股價的一個重要支柱。馬斯克(Elon Musk)教主是個頂級銷售員,他一直不斷告訴「信徒」無人駕駛是個相對簡單的ANI(Artificial Narrow Intelligence)應用,只需GPU或ASIC夠快,加上視覺數據,必可在短期內成功。按馬斯克的說法,年輕一代不需要學駕駛汽車,法律甚至將禁止人類開車,所有汽車變成AI無人駕駛的EV。
無人駕駛為極複雜AI難題
事實上,無人駕駛是個極複雜的AI難題,最近連馬斯克開始承認困難比原先想像中高很多。不止Tesla,大部分其他公司都碰到同樣問題,不少甚至已放棄。Uber和Lyft都計劃出售無人駕駛部門,Alphabet的Waymo,近日CEO和CFO等多位高層相繼辭職。德國各大汽車廠近日都推出質量非常不錯的EV,但並無太多AI功能。
我一向認為無人駕駛沒那麼簡單,應屬於AGI(Artificial General Intelligence)問題,即需要所謂common sense。人腦當然遠比電腦慢,但複雜度遠比芯片高,人腦neurons(神經元)數量超過1000億,synapses(突觸)數量更超過125萬億,更加是三維物體,連形狀和組織都對人腦的思考、性格和整個意識(conciousness)非常關鍵,遠比現時最先進二維為主,7nm GPU的540億原子粒多和複雜。即使未來用到2nm技術,能做出人類common sense的機會仍很低。不少AI專家認為,AGI需要whole brain simulation,或甚至不可以矽為基礎原料,改以用所謂wet ware,不知是否想以基因工程技術,在試管中培植出一個以碳為基礎原料的有機AI系統?聽起來,比Frankenstein(科學怪人)更恐怖!
我沒有答案,只想提醒大家不要過度自以為是,人類始終是渺小的,我們對宇宙的認知非常有限!
(中環資產擁有Tesla、Uber、Alphabet、台積電及三星財務權益)
中環資產投資行政總裁
[譚新強 中環新譚]
https://www.mpfinance.com/fin/columnist3.php?col=1463481132098
摩爾定律重要性 在 凱子凱の日本旅行大補帖 Facebook 的最佳貼文
日本第三次的緊急事態宣言...如大家所猜想得到的,繼續上演著延長這戲碼了~
該碎碎念的我都已經在前兩篇念完了
https://www.facebook.com/kakakuksk/posts/2850864951803168
https://www.facebook.com/kakakuksk/posts/2854617598094570
日本真正的考驗將會從黃金週過後才開始!怎麼可能前幾天才四千多,因為前幾天都還在休假啦,今天果然就開始跳上去六千多了!也如所預期的,「N501Y」変異株從關西圈跑到東京了,更是成為感染主流,導致重症者、死亡人數持續急速增加,20多歲到50多歲的年齡層占了很高的比例,昨天東京都甚至傳出確認5例是來自印度變異病毒。雙重突變跟三突變病毒是否會大量傳入日本社區?接種率能否快速提升? 將是接下來影響日本疫情最重要的關鍵。(這種時刻根本就沒人有心力關心奧運這件事了吧?)
菅首相也在晚間宣布「1日100万回の接種目標」,希望這次日本政府說到可以做到啊!依照日本官員這種一直在呼口號的形式,加上日本多數年輕人這樣無知地面對新冠病毒,就真的唯有疫苗可以救日本了!時間再拉更久,無法防止更多不同突變病毒進入日本社區的話,那感染數字恐怕就是以萬去計算的了。
其實我並不是那麼擔心日本了。就算現階段大阪的醫療已經進入沒有餘力的狀態,即使每10位感染的病人只有1位能住進醫院,很多日本人照樣在黃金週假期開心地跑出去玩,大家應該有看到鎌倉江之島擠滿了遊客的畫面,透過野球比賽轉播也可以看到進場看球的觀眾那麼多,甚至媽媽還讓小孩脫掉口罩、現場吃起食物來了。最誇張的是還有團體直接在渋谷車站前面舉旗搞怪,如果是反彈政府防疫做得不好就算了,但他們竟然是"反對PCR、反對疫苗、說COVID-19是個謊言、馬上解除緊急宣言".....日本是自由到無法管這些人了嗎?既然他們都不願意團結起來、相救自己民族了,那我們歪國人還在替他們擔心什麼呢?
至少日本是先進國家,倘若之後變成每天破萬的日子,大家可能就會多少開始怕了吧,疫苗全力打下去,疫情終會有中止的那一天。只是這時間不知道還要拖多久?我們所要擔心的,應該就是落後國家這些無辜的生命吧!
前幾天看到一段影片非常難過,在印度的一個女孩看到父親只剩下最後幾口氣,躺在農田裡面痛苦掙扎著,母親拉著她、叫她別過去,女孩只是想幫父親倒口水喝,看父親是否能多喘一口氣而活過來。當然我們知道感染已達重症程度,喝口水也不能幫助什麼,但這只是女孩對父親的愛。因為知道這是一個奇怪的傳染病,家人只能眼睜睜地看著他躺在地上痛苦地死亡,太靠近也深怕自己被感染,最後女孩還是奮力衝過去就是想給父親多喝一口水。
現今印度每天有幾十萬個人確診,醫療崩潰到整個醫院一團混亂,醫護人力不足還要被病患家屬攻擊,醫院滿到只能把點滴掛在樹上。為了讓家人多喘一口氣的孝順孩子,必須到黑市搬一大罐氧氣瓶,病患就這樣躺在街頭上,連呼吸都是相當奢侈的一件事。新聞畫面可以看到印度每天都在這片土地上面燒著無數條屍體,空氣中夾雜瀰漫著盡是燒屍體與病毒的氣味。
多麼地令人難過,這場瘟疫如此無情殘忍地帶走不少生命,他們可能都是他人的家人,但在醫療資源不足、公衛經費又有限、甚至還有政治勢力介入、宗教活動群聚的種種原因之下,似乎也只能無奈地接受這樣「物競天擇」的模式。
我跟孩子說,如果是換作是我們生在這樣比較落後的國家,那怎麼辦?如果躺在地上痛苦掙扎的是您的父親,那您的心情是怎樣呢?
這場疫情到底帶給人類的意義到底是什麼呢?
或許我們的物質都太豐富了,科技日新月異,半導體都已經做到5奈米製程了,還要繼續持續突破著摩爾定律,我們每隔幾年可能就又換了一隻新iPhone,我們真的需要到這麼多的「物質」嗎?
或許我們可以把更多的心力放在關心這個世界。
剛剛贏得奧斯卡多項大獎的電影「游牧人生」(Nomadland) 正啟示著我們生命到一個階段,很多東西都會慢慢地一項一項被丟去,再多的財富您也無法帶離這個世界。就像您的房間可能留著一堆長久都沒在用的東西一樣,有些東西該丟棄的就該學會捨得、放下。或許很多人到了這樣的階段也會開始減少對於某些物質上的慾望,而去追尋探討"那個"可能是自己生命較為重要的東西。
對我來說是什麼呢?我覺得就是「價值觀」的傳承吧!人類的生命是要往進步的方向前進的,但有了手機與網路之後,大家可以看到網路世代對於年輕人價值觀的崩壞,網紅為了點閱率為了收入就必須製造許多誇大且負面的行為來吸引觀眾的目光,但當您有了小孩之後,就知道很多東西並不適合給小孩學習當榜樣的。網路媒體總是擅於挑起您的喜怒哀樂,臉書的觸擊率演算法也在這背後當起了大罪人。就在現今這種人人都可以當網紅的世代,很多人受到情緒的誘惑之下就會被牽著走,因而喪失了人生正確的價值觀,導致人類的思想是在退步的。事實上,我們的情緒是應該要學習穩定的,是不該被這樣負面媒體操控影響著,只要問您一句話:「您希望您生的小孩也是這種行為嗎?」。
就舉東京年輕人的民調來說好了,"戴口罩出門就沒關係啦"、"大家也都出來啊",這種自以為是、卻是真愚昧的行為,在這樣的疫情數字之下,看起來是多麼地可笑且諷刺呀!很多人都覺得自己不會那麼倒楣、想挑戰上天,政府都在宣導說變種病毒已經會讓年輕人重症化了,等到進醫院的時候才感到欲哭無淚時,或許已經是來不及了。這些可以讓我們引以為鑒的真實案例,也正是可以好好警惕與審視我們自己內心的。別人在亂、價值觀在崩壞的時代,我們並不一定要被這些混亂的媒體牽著走。最近的很多事情,才真的讓我深深體會到基督徒常說的「順服」兩個字之重要性。
這幾天諾富特的事件,相信都讓台灣人民嚇到而再度拉起警覺性了,連台灣的股市都終結周線連六紅受到了影響。這也讓全世界疫情最安全的"台灣"感受到變種病毒高傳染力的恐怖,尼泊爾的確診數因為印度影響而急速暴增當中,不知道還會有多少國家輪番走上這條大災難之路。
或許這也正是警惕我們對於人生有更多的思考,物質再豐富、一旦感染變成重症、可能這樣就一條性命沒了,我們應當把握自己短暫的生命,對自己的家人、對這片土地有更多的關懷與笑容。
不管過去是好是壞,母親節到了,回家見見媽媽、奶奶、老婆,給她們一個開心的微笑與祝福吧!沒有什麼解決不了的事情,很多時候我們只要學會放下很多的東西,轉變自己的眼光、融化自己的內心,只要轉換一個角度,很多事情就會跟著變得不一樣了。跟家人之間沒有什麼好爭的,至少我們都還算是很安全地生活在這塊土地上,沒有像那些疫情較為嚴重的國家正面臨著各種苦難,疫情帶給我們最大的意義不就正是對生命更多的認知,以及恢復跟親人之間那份該有的溫度嗎?
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