Progettare un chip parlando con ChatGPT: l'esperimento di alcuni ricercatori

I ricercatori della NYU Tandon School of Engineering hanno progettato e prodotto un chip conversando in inglese semplice con un modello di intelligenza artificiale. Lo studio, pubblicato in pre-print su arXiv, ha visto due ingegneri hardware conversare con ChatGPT-4 per ideare una nuova architettura, il cui progetto è poi stato poi effettivamente realizzato.

Lo sviluppo di qualsiasi tipo di hardware, chip inclusi, inizia con una descrizione in un linguaggio normale di ciò che l'hardware deve fare. Ingegneri specializzati, poi, traducono quella descrizione in Hardware Description Languages ​​(HDL) - come Verilog - per creare gli elementi del circuito che consentono all'hardware di svolgere i compiti per cui è stato pensato.

Nello studio svolto dai ricercatori, ChatGPT-4 è stato in grado di produrre un Verilog da una conversazione. Il chip ideato con questo procedimento ha poi eseguito il tape out su processo SKY130, un processo open source a 130 nanometri, tramite Tiny Tapeout. Infine, è stato testato e ha dimostrato di funzionare.

"Questo studio ha portato a quello che crediamo sia il primo HDL completamente generato dall'intelligenza artificiale inviato per la fabbricazione in un chip fisico", ha dichiarato il dottor Hammond Pearce della NYU Tandon, membro del team di ricercatori. "Alcuni modelli di intelligenza artificiale, come ChatGPT di OpenAI e Bard di Google, possono generare codice software in diversi linguaggi di programmazione, ma la loro applicazione alla progettazione hardware non è stata ancora ampiamente studiata. Questa ricerca mostra che l'intelligenza artificiale può anche servire la fabbricazione dell'hardware, specialmente quando viene utilizzata in modo colloquiale, dove puoi avere una conversazione continua per perfezionare i progetti".

Il team della NYU Tandon ha utilizzato il modello linguistico di grandi dimensioni (LLM) per lavorare su otto esempi di progettazione hardware, generando codice Verilog per scopi funzionali e di verifica, prima di concentrarsi sulla fabbricazione di un progetto. In precedenza, i ricercatori avevano testato LLM per convertire l'inglese in Verilog ma hanno poi visto che le interazioni continue con un ingegnere producevano risultati migliori.

Nel caso specifico, il progetto realizzato non può essere paragonato a un processore come quelli pensati da Intel e AMD: si tratta di un'architettura basata su accumulatori a 8 bit, registri coinvolti in tutte le operazioni logico-aritmetiche su cui vengono memorizzati i risultati dei calcoli intermedi necessari per svolgere l'operazione principale.

Ciononostante, i risultati fanno ritenere che l'uso di conversazioni con ChatGPT potrebbe ridurre l'errore umano nel processo di traduzione HDL, contribuire a migliorare la produttività, ridurre i tempi di progettazione e il time-to-market e a consentire la messa a punto di progetti più creativi.

In particolare, la dimostrazione permette teoricamente di aggirare un problema dell'industria, ovvero la ricerca di ingegneri con conoscenze in termini di codice HDL, per cui è richiesta un'elevata specializzazione. "La grande sfida con gli hardware description languages è che non ci sono molte persone che sanno come scriverli", ha dichiarato il Dr. Pearce. "È abbastanza difficile diventare un esperto. Ciò significa che abbiamo ancora i nostri migliori ingegneri che fanno cose umili perché non ci sono molti ingegneri per farle".

"Non sono affatto un esperto di progettazione di chip. Questo è stato il primo chip che abbia mai progettato. Penso che questo sia uno dei motivi per cui è stato così impressionante", ha aggiunto il Dr. Pearce.

Il flusso seguito nella conversazione con ChatGPT-4 per arrivare alla progettazione del microchip

L'intero processo ha richiesto 125 messaggi, ottenendo un microprocessore basato su accumulatori 8 bit con le stesse funzionalità di un microcontrollore. "In 125 messaggi, ho progettato un processore. [...] Non ho nemmeno fornite le specifiche complete. Ho semplicemente chiesto 'Voglio un processore. Cosa dovrei fare?' e mi ha fornito una buona guida. Tutta questa roba sarebbe sembrata fantascienza due anni fa".

Secondo Pearce, le implicazioni di queste scoperte sono immense, ma non significano necessariamente che l'intelligenza artificiale sostituirà gli ingegneri umani. "Non si tratta di sostituire gli ingegneri perché ci saranno sempre lavori che queste IA non possono fare. Ci saranno sempre dei punti deboli in ciò che producono a causa della natura del modo in cui funzionano. Penso che abbiamo completato un proof of concept che dimostra che le persone possono farlo. Era tutto quello che stavamo cercando di fare e alla fine ce l'abbiamo fatta".