ชิป AI

การออกแบบฟูลคัสตอมสำหรับชิป AI

ชิป AI ใช้พลังงานและพื้นที่ส่วนใหญ่ไปกับวงจรไม่กี่แบบที่ซ้ำกันเป็นจำนวนมาก ซึ่งเป็นจุดที่การออกแบบฟูลคัสตอมให้ผลมากที่สุด ในฐานะลูกค้าบัญชีตรงของ TSMC เราให้บริการเซลล์ออกแบบเฉพาะ การวัดคุณลักษณะไลบรารี เน็ตลิสต์ที่จัดทำด้วยมือ โครงข่ายสัญญาณนาฬิกาออกแบบเฉพาะ และการวางเซลล์และเดินสายด้วยมือ สำหรับชิปอนุมาน AI ชิปฝึก ชิปโมเดลขนาดใหญ่ ชิป Edge และชิปด้านการมองเห็น

กระบวนการผลิต
ลูกค้าบัญชีตรงของ TSMC การอนุญาตด้านการออกแบบ 7 nm FinFET การออกแบบชิป AI แบบฟูลคัสตอมที่ 6 nm
เทคนิคฟูลคัสตอม
เซลล์ออกแบบเฉพาะ การวัดคุณลักษณะไลบรารีและการวัดคุณลักษณะใหม่ เน็ตลิสต์ที่จัดทำด้วยมือ การวางเซลล์และเดินสายด้วยมือ โครงข่ายสัญญาณนาฬิกาออกแบบเฉพาะ
บล็อกประมวลผล
อาร์เรย์ MAC ตัวคูณ ต้นไม้ตัวบวก และรีจิสเตอร์ไปป์ไลน์
รูปแบบการทำงานร่วมกัน
การประเมินทางเทคนิค แผนการปรับให้เหมาะสม การให้คำปรึกษาด้านการออกแบบ และการออกแบบฟูลคัสตอม

ประเภทชิป AI

ชิป AI ที่เทคนิคฟูลคัสตอมนำไปใช้ได้

คอร์ประมวลผลของชิปแต่ละชนิดเหล่านี้มีโครงสร้างขนาดใหญ่ที่เป็นระเบียบและซ้ำกัน ซึ่งเป็นจุดที่การออกแบบฟูลคัสตอมให้ผลมากที่สุด

  • ชิปอนุมาน AI

    ชิปเหล่านี้รันโมเดลที่ฝึกแล้วและตอบคำขอ ทั้งบนคลาวด์และในอุปกรณ์ ผู้ซื้อให้ความสำคัญที่สุดกับต้นทุน พลังงาน และเวลาแฝงต่อคำขอ

    ดูการวางเซลล์และเดินสายด้วยมือ
    • พลังงานต่อการอนุมาน
    • แบนด์วิดท์หน่วยความจำ
    • ประสิทธิภาพเชิงพื้นที่ของอาร์เรย์ MAC
  • ชิปฝึก AI

    ชิปเหล่านี้ปรับค่าน้ำหนักของโมเดลจากข้อมูล โดยมากทำงานเป็นคลัสเตอร์ขนาดใหญ่ การเชื่อมต่อและหน่วยความจำสำคัญไม่แพ้การประมวลผล

    ดูการออกแบบฟูลคัสตอม
    • คอร์เทนเซอร์จำนวนจุดลอยตัวที่มีประสิทธิภาพ
    • หน่วยความจำแบนด์วิดท์สูงและการเชื่อมต่อระหว่างชิป
    • พลังงานระดับแร็ก
  • ชิปอนุมานโมเดลภาษาขนาดใหญ่

    ชิปเหล่านี้สร้างโทเค็นทีละตัวสำหรับโมเดล Transformer งานแบ่งเป็นขั้น prefill ที่เน้นการประมวลผล และขั้นถอดรหัสที่ถูกจำกัดด้วยหน่วยความจำ

    ดูเน็ตลิสต์ที่จัดทำด้วยมือ
    • พลังงานและต้นทุนต่อโทเค็น
    • แบนด์วิดท์หน่วยความจำของแคช KV
    • เวลาถึงโทเค็นแรก
  • ชิป Edge AI และ AI ในอุปกรณ์

    ชิปเหล่านี้รันโมเดลภายในอุปกรณ์หรือเกตเวย์ และรันโมเดลขนาดใหญ่ในเครื่องมากขึ้นเรื่อย ๆ

    ดูการวัดคุณลักษณะไลบรารี
    • งบประมาณพลังงานที่เข้มงวด
    • แบนด์วิดท์ LPDDR
    • ต้นทุนรายการวัสดุ (BOM)
  • ชิป NPU

    หน่วยประมวลผลโครงข่ายประสาทเทียมคือบล็อกหรือชิปที่สร้างขึ้นสำหรับงานคำนวณของโครงข่ายประสาทเทียม ปัจจุบันเป็นส่วนประกอบมาตรฐานในโปรเซสเซอร์ของโทรศัพท์และพีซี

    ดูการวางเซลล์และเดินสายด้วยมือ
    • ประสิทธิภาพพลังงานของอาร์เรย์ MAC
    • ขีดจำกัดความร้อนขณะทำงานต่อเนื่อง
    • ความเข้ากันได้กับชุดซอฟต์แวร์
  • ชิป AI ด้านการมองเห็น

    ชิปเหล่านี้รวมการประมวลผลภาพ การเข้ารหัสวิดีโอ และ NPU สำหรับกล้องและอุปกรณ์ด้านการมองเห็น รุ่นใหม่รัน Transformer ควบคู่กับ CNN

    ดูการวัดคุณลักษณะไลบรารี
    • พลังงานต่อสตรีมวิดีโอ
    • ความร้อนในตัวเรือนแบบปิดผนึก
    • ต้นทุน
  • ASIC AI ออกแบบเฉพาะสำหรับคลาวด์ (XPU)

    ตัวเร่งการประมวลผล AI ที่ผู้ให้บริการคลาวด์กำหนดข้อกำหนดสำหรับภาระงานของตนเอง

    ดูการออกแบบฟูลคัสตอม
    • คอร์เทนเซอร์ที่มีประสิทธิภาพ
    • หน่วยความจำแบนด์วิดท์สูง
    • กำหนดเวลาการพัฒนา
  • ชิปสำหรับ AI PC และ AI Phone

    NPU, GPU และ CPU แบ่งกันทำงานของโมเดล และชิปเหล่านี้ถึงมือผู้บริโภคในปริมาณสูงมาก

    ดูการวัดคุณลักษณะไลบรารี
    • สมรรถนะต่อเนื่องและความร้อน
    • อายุแบตเตอรี่
    • แบนด์วิดท์ LPDDR
  • ชิปสำหรับยานยนต์และหุ่นยนต์

    ชิปเหล่านี้จัดการการรับรู้และการวางแผนภายใต้ความต้องการด้านเวลาจริงและความปลอดภัย หุ่นยนต์ฮิวแมนอยด์และโดรนทำงานภายใต้ข้อจำกัดด้านพลังงานที่เข้มงวดกว่า

    ดูการออกแบบฟูลคัสตอม
    • ความปลอดภัยเชิงหน้าที่
    • ความร้อน
    • อินเทอร์เฟซเซนเซอร์
  • ชิปสำหรับแว่นตา AI และอุปกรณ์สวมใส่

    ชิปพลังงานต่ำมากสำหรับแบตเตอรี่ขนาดเล็ก มักใช้คู่กับโคโปรเซสเซอร์ที่ทำงานตลอดเวลา

    ดูการวัดคุณลักษณะไลบรารี
    • พลังงานขณะทำงานตลอดเวลา
    • ความร้อนในกรอบแว่น
    • ต้นทุนรายการวัสดุ (BOM)
  • ชิป AI ด้านเสียงพูด

    โปรเซสเซอร์ที่ทำงานตลอดเวลาสำหรับคำปลุก คำสั่งเสียง และการลดสัญญาณรบกวน

    ดูการวัดคุณลักษณะไลบรารี
    • พลังงานขณะสแตนด์บาย
    • ต้นทุน
    • ขนาดโมเดล
  • ชิปประมวลผลในหน่วยความจำ

    ชิปเหล่านี้ประมวลผลภายในหรือข้างอาร์เรย์หน่วยความจำเพื่อลดการเคลื่อนย้ายข้อมูล มีทั้งแบบดิจิทัลและแอนะล็อก

    ดูเซลล์ออกแบบเฉพาะ
    • ต้นไม้ตัวบวกและบิตเซลล์
    • ความจุสำหรับโมเดลขนาดใหญ่
    • การรองรับด้านซอฟต์แวร์

เทคนิคฟูลคัสตอมกับชิป AI

ทุกเทคนิคในระเบียบวิธีของเรามีที่ใช้ในชิป AI

คอร์ประมวลผลของชิป AI ทำซ้ำรูปแบบรีจิสเตอร์ ลอจิกเชิงผสม รีจิสเตอร์ มีการสวิตช์บ่อยและมีโครงสร้างเป็นระเบียบ จึงเหมาะกับการออกแบบฟูลคัสตอม

  1. เซลล์ออกแบบเฉพาะ

    รีจิสเตอร์ แลตช์ ตัวบวกเต็ม และเซลล์คอมเพรสเซอร์ ที่ออกแบบสำหรับอาร์เรย์ MAC และไปป์ไลน์ ยิ่งมีรีจิสเตอร์มาก เซลล์ซีเควนเชียลออกแบบเฉพาะยิ่งให้ผลมาก

  2. เซลล์ซีเควนเชียลหลายบิตและแบบไดนามิก

    รีจิสเตอร์หลายบิตใช้พินสัญญาณนาฬิกาพินเดียวร่วมกันหลายบิตเพื่อลดพลังงานสัญญาณนาฬิกา และสถาปัตยกรรมเป็นตัวกำหนดว่าจะใช้เซลล์แบบสถิตหรือไดนามิก และฟลิปฟล็อปหรือแลตช์

  3. การวัดคุณลักษณะไลบรารีและการวัดคุณลักษณะใหม่

    วัดคุณลักษณะเซลล์ออกแบบเฉพาะและขยายไลบรารีไปยังแรงดันใช้งานจริง โดยมีแบบจำลองที่ตรวจรับรองร่วมกับเซลล์ของฟาวน์ดรีได้

  4. เน็ตลิสต์ที่จัดทำด้วยมือ

    แมปตัวคูณ ต้นไม้ตัวบวก และขั้นไปป์ไลน์ใน RTL ไปยังเซลล์ออกแบบเฉพาะ โดยตั้งชื่ออย่างเป็นระเบียบเพื่อใช้กับสคริปต์และการวางเซลล์

  5. การวางเซลล์และเดินสายด้วยมือ

    วางอาร์เรย์ MAC เป็นบิตสไลซ์อย่างเป็นระเบียบ ช่วยให้สายสั้นลงและลดพื้นที่ ยิ่งอาร์เรย์ใหญ่ ยิ่งให้ผลมาก

  6. โครงข่ายสัญญาณนาฬิกาออกแบบเฉพาะ

    การกระจายสัญญาณนาฬิกาที่ออกแบบสำหรับอาร์เรย์ที่เป็นระเบียบ เพื่อควบคุม skew และพลังงานสัญญาณนาฬิกา

  7. การออกแบบแรงดันต่ำ

    พลังงานไดนามิกแปรตามกำลังสองของแรงดัน การออกแบบฟูลคัสตอมทำให้คอร์ประมวลผลทำงานที่แรงดันต่ำลงได้ จึงเพิ่มการประมวลผลต่อวัตต์

  8. เซลล์ผสมแรงดันเทรชโฮลด์

    เมื่อวางเซลล์ด้วยมือ เซลล์หนึ่งสามารถผสมชนิดแรงดันเทรชโฮลด์ได้ เพื่อการปรับเส้นทางวิกฤตและพลังงานเชิงลึก

  9. การจ่ายพลังงานและ IR drop

    โครงข่ายพลังงานสำหรับการประมวลผลหนาแน่นออกแบบไปพร้อมกับการวางเซลล์ โดยมีการวิเคราะห์ IR drop แบบสถิตและแบบพลวัต

แผนทางเทคนิค

แผนทางเทคนิคฟูลคัสตอมสำหรับ NPU

จากงานฟูลคัสตอม NPU ของเราสำหรับโปรเซสเซอร์ AI ของลูกค้าชั้นนำด้าน AI รายหนึ่ง โดยตัดรายละเอียดของลูกค้าออกแล้ว

  1. การปรับแต่งสองระดับ

    การปรับแต่งระดับเบาใช้ไลบรารีเซลล์ออกแบบเฉพาะร่วมกับการสังเคราะห์วงจรและการวางเซลล์และเดินสายอัตโนมัติ การปรับแต่งระดับลึกสร้างบล็อกจากเซลล์ออกแบบเฉพาะ เพื่อให้ได้ผลมากกว่าและการตรวจรับรองที่เป็นอิสระมากขึ้น

  2. การปรับแต่งอาร์เรย์ MAC

    การออกแบบเฉพาะระดับบล็อกของตัวคูณจำนวนจุดตรึง เช่น INT8 ต้นไม้ตัวบวก และรีจิสเตอร์ไปป์ไลน์ ยิ่งอาร์เรย์ MAC ใหญ่ การปรับแต่งยิ่งคุ้มค่า

  3. การประเมินเทียบกับค่าฐาน

    โดยใช้เซลล์มาตรฐานและการวางเซลล์และเดินสายอัตโนมัติเป็นค่าฐาน มีการประเมินเซลล์ออกแบบเฉพาะ เน็ตลิสต์ที่จัดทำด้วยมือ โครงข่ายสัญญาณนาฬิกาที่ทำด้วยมือ และการวางเซลล์และเดินสายด้วยมือ แต่ละอย่างในด้านพื้นที่ พลังงาน และความเร็ว

  4. การเลือกเซลล์ซีเควนเชียล

    ฟลิปฟล็อปแบบไดนามิก แลตช์แบบไดนามิก หรือเซลล์แบบสถิต เลือกตามสถาปัตยกรรมและรูปแบบสัญญาณนาฬิกา การออกแบบที่ใช้แลตช์สามารถใช้สัญญาณนาฬิกาสามเฟสแบบไม่ซ้อนทับกันได้

  5. การตรวจรับรองระดับบล็อก

    บล็อกที่ออกแบบเฉพาะตรวจรับรองได้ด้วยตัวเอง และการวิเคราะห์ไทมิงแบบสถิตระดับบนสุดอ่านแบบจำลองของบล็อก โดยสอดคล้องกับกระบวนการแบ็กเอนด์ดิจิทัล

  6. การทดสอบคอร์ประมวลผล

    คอร์ประมวลผลสามารถมีการทดสอบฟังก์ชันในตัว โดยใช้เวกเตอร์ฟังก์ชันตรวจสอบผลลัพธ์

  7. การทำงานร่วมกับฟรอนต์เอนด์

    ลำดับชั้นและการไหลของข้อมูลใน RTL ที่ชัดเจน และข้อมูลเซลล์ที่แม่นยำสำหรับการจำลองพลังงาน

  8. เป้าหมายแรงดันต่ำ

    การวัดคุณลักษณะไลบรารีหรือการวัดคุณลักษณะใหม่ที่แรงดันเป้าหมาย โดยใช้การจำลองวงจรปรับเทียบแบบจำลองไทมิงและพลังงานของเซลล์ออกแบบเฉพาะ

  9. สิ่งที่ส่งมอบ

    เอกสารกระบวนการฟูลคัสตอม และรายงานเกี่ยวกับเซลล์ออกแบบเฉพาะ เน็ตลิสต์ระดับเกต และการวางเซลล์และเดินสาย

รูปแบบการทำงานร่วมกัน

สี่ขั้นตอน ทำไปทีละขั้น

  1. การประเมินทางเทคนิค

    คุณส่งคำถามทางเทคนิคมา เราตอบโดยละเอียดและประเมินความเหมาะสมของการออกแบบฟูลคัสตอม

  2. แผนการปรับให้เหมาะสม

    เราวิเคราะห์งานออกแบบของคุณ และเสนอแนวทาง แผนทางเทคนิค และการปรับปรุง PPA ที่คาดหวัง

  3. การให้คำปรึกษาด้านการออกแบบ

    คำแนะนำด้านกระบวนการ การทบทวนงานออกแบบ และการสนับสนุนการดำเนินงานสำหรับทีมของคุณ

  4. การออกแบบฟูลคัสตอม

    บริการออกแบบครบวงจร ตั้งแต่งานออกแบบที่ปรับให้เหมาะสมจนถึงการเทปเอาต์ พร้อมส่งมอบข้อมูลการออกแบบครบถ้วน

เทคโนโลยีที่น่าจับตาในชิป AI

อาร์เรย์ MAC
อาร์เรย์ประมวลผลที่ประกอบด้วยหน่วยคูณสะสมจำนวนมาก เป็นหัวใจของ NPU และชิปอนุมาน
HBM (หน่วยความจำแบนด์วิดท์สูง)
DRAM แบบซ้อนชั้นที่บรรจุในแพ็กเกจเดียวกับโปรเซสเซอร์ ผลิตภัณฑ์ปัจจุบันใช้ HBM3E และ HBM4 และ HBM4E จะมาเป็นลำดับถัดไป
CoWoS และการบรรจุภัณฑ์ 2.5D
การบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงที่เชื่อมโปรเซสเซอร์และ HBM บนอินเทอร์โพเซอร์ กำลังการผลิตของเทคโนโลยีนี้มีผลต่ออุปทานชิป AI ระดับสูง
การซ้อน 3D และไฮบริดบอนดิง
ไดที่ซ้อนกันในแนวตั้งและเชื่อมด้วยไฮบริดบอนดิง เพื่อให้การเชื่อมต่อสั้นลง
ชิปเล็ตและ UCIe
ชิปขนาดใหญ่ที่แบ่งเป็นหลายได UCIe คือมาตรฐานเปิดสำหรับเชื่อมต่อไดเหล่านั้น
ออปติกส์แบบบรรจุร่วม (CPO)
เอนจินแสงที่บรรจุไว้ข้างชิปสวิตช์หรือชิปประมวลผล เพื่อลดพลังงานของการเชื่อมต่อระยะไกล
การประมวลผลในหน่วยความจำ
การประมวลผลภายในหรือข้างอาร์เรย์หน่วยความจำ เพื่อลดการเคลื่อนย้ายข้อมูล
การควอนไทซ์ความละเอียดต่ำ
การเก็บค่าน้ำหนักและค่าแอกทิเวชันด้วยจำนวนบิตที่น้อยลง เช่น INT8, INT4, FP8 หรือ FP4 เพื่อลดต้นทุนของตัวคูณและหน่วยความจำ
การเร่ง Transformer
เส้นทางข้อมูลที่ปรับให้เหมาะกับการคำนวณ Attention และเมทริกซ์
แคช KV และต้นทุนต่อโทเค็น
แคช KV ของการอนุมานโมเดลขนาดใหญ่เติบโตตามความยาวบริบท และต้นทุนต่อโทเค็นกลายเป็นตัวชี้วัดสำคัญของชิปอนุมาน
SRAM ขนาดใหญ่
ค่าน้ำหนักของโมเดลหรือบริบทที่เก็บไว้บนชิป เพื่อลดพลังงานและเวลาแฝงในการเข้าถึง
เครือข่ายบนชิป (NoC)
การเชื่อมต่อบนชิประหว่างหน่วยประมวลผลและหน่วยความจำ
RISC-V สำหรับ AI
โปรเซสเซอร์และตัวเร่งการประมวลผล AI ที่ใช้ชุดคำสั่งแบบเปิด
การออกแบบแรงดันต่ำและใกล้แรงดันเทรชโฮลด์
คอร์ประมวลผลที่ทำงานใกล้แรงดันเทรชโฮลด์ของทรานซิสเตอร์เพื่อประสิทธิภาพพลังงาน การออกแบบแรงดันต่ำต้องอาศัยแบบจำลองไลบรารีที่แม่นยำ
การจ่ายพลังงานด้านหลัง
โครงข่ายพลังงานที่ย้ายไปไว้ด้านหลังของเวเฟอร์ เพื่อลด IR drop
GAA และ 2 nm
ทรานซิสเตอร์แบบเกตรอบด้าน ซึ่งเข้ามาแทน FinFET ในรุ่น 2 nm

การใช้งาน

การใช้งานชิป AI

  • การอนุมานโมเดลขนาดใหญ่
  • Agentic AI
  • Generative AI
  • การโต้ตอบด้วยเสียง
  • การขับขี่อัตโนมัติ
  • หุ่นยนต์ฮิวแมนอยด์และ Physical AI
  • โดรน
  • AI PC
  • AI Phone
  • แว่นตา AI
  • กล้องอัจฉริยะ
  • ศูนย์ข้อมูล
  • เซิร์ฟเวอร์ Edge

คำถามเกี่ยวกับชิป AI

ชิปอนุมานและชิปฝึกต่างกันอย่างไร

ชิปฝึกปรับค่าน้ำหนักของโมเดลจากข้อมูล จึงให้ความสำคัญที่สุดกับการประมวลผลจำนวนจุดลอยตัว แบนด์วิดท์หน่วยความจำ และการเชื่อมต่อในคลัสเตอร์ ชิปอนุมานรันโมเดลที่ฝึกแล้ว จึงให้ความสำคัญที่สุดกับต้นทุน พลังงาน และเวลาแฝงต่อคำขอ

ชิปอนุมาน LLM ต่างจากชิปอนุมาน AI อย่างไร

ชิปอนุมาน LLM เป็นชิปอนุมาน AI ชนิดหนึ่งที่สร้างโทเค็นสำหรับโมเดล Transformer ต้นทุนต่อโทเค็นและแบนด์วิดท์หน่วยความจำสำหรับแคช KV สำคัญที่สุด

ชิป Edge AI คืออะไร

ชิป Edge AI หรือ AI ในอุปกรณ์รันโมเดลภายในอุปกรณ์ เช่น โทรศัพท์ พีซี แว่นตา หรือกล้อง โดยไม่ต้องพึ่งคลาวด์ ข้อจำกัดหลักคืองบประมาณพลังงาน แบนด์วิดท์ LPDDR และต้นทุนรายการวัสดุ (BOM)

ชิป NPU คืออะไร

NPU คือโปรเซสเซอร์ที่สร้างขึ้นสำหรับงานคำนวณของโครงข่ายประสาทเทียม โดยมีอาร์เรย์ MAC และหน่วยความจำภายในเป็นแกนหลัก อาจเป็นชิปแยกหรือบล็อกหนึ่งใน SoC

ชิปประมวลผลในหน่วยความจำคืออะไร

ชิปนี้ประมวลผลภายในหรือข้างอาร์เรย์หน่วยความจำ จึงลดข้อมูลที่ต้องเคลื่อนย้ายระหว่างหน่วยความจำกับหน่วยประมวลผล มีทั้งแบบดิจิทัลและแอนะล็อก

ส่วนใดของชิป AI เหมาะกับการออกแบบฟูลคัสตอม

บล็อกที่เป็นระเบียบและสวิตช์บ่อยเหมาะที่สุด เช่น อาร์เรย์ MAC ตัวคูณ ต้นไม้ตัวบวก และรีจิสเตอร์ไปป์ไลน์ ส่วนลอจิกควบคุมและอินเทอร์เฟซยังคงใช้กระบวนการออกแบบด้วยเครื่องมือมาตรฐาน

การวัดคุณลักษณะไลบรารีและการวางเซลล์และเดินสายด้วยมือช่วยชิป AI อย่างไร

การวัดคุณลักษณะไลบรารีทำให้เซลล์ออกแบบเฉพาะและไลบรารีแรงดันต่ำมีแบบจำลองที่แม่นยำ และการวางเซลล์และเดินสายด้วยมือทำให้อาร์เรย์ MAC เป็นระเบียบมากขึ้นและสายสั้นลง เมื่อใช้ร่วมกันจะทำให้คอร์ประมวลผลทำงานที่แรงดันต่ำลงได้

คุณรองรับกระบวนการผลิตใดบ้าง

เราเป็นลูกค้าบัญชีตรงของ TSMC และงานด้านการออกแบบของเราครอบคลุม FinFET ที่ 16 nm, 12 nm, 7 nm และ 6 nm

หน้าที่เกี่ยวข้อง

มีโครงการชิป AI หรือไม่

แจ้งโมเดล เป้าหมายการประมวลผล งบประมาณพลังงาน และกระบวนการผลิตเป้าหมาย แล้วเราจะติดต่อกลับ