Künstliche Intelligenz designt Computerchip

Computerchips sind aus einer Vielzahl einzelner Blöcke, wie etwa Speicher- und Rechenmodule oder Controller, aufgebaut. Dazu kommen Dutzende Kilometer filigraner Kontaktdrähte auf engstem Raum. Die komplexen Grundrisse solcher Prozessoren planen Entwickler in mühseliger, teils monatelanger Detailarbeit. Doch nun entwickelten Forscher ein automatisiertes Verfahren auf der Basis von Maschinellem Lernen und stellten es in der Fachzeitschrift „Nature“ vor. Erste Versuche zeigen, dass diese selbstlernenden Algorithmen eine ausgeklügelte Chiparchitektur in nur sechs Stunden entwerfen können.

Aktuelle Computerchips bündeln Milliarden einzelner Bausteine auf der Fläche einer kleinen Briefmarke. Diese bilden eine komplexe Schaltstruktur mit verschiedenen Blöcken, die teils zum Speichern, teils für Rechenoperationen genutzt werden. Wie diese Blöcke angeordnet sind, entscheidet über die Rechenleistung und die Energieeffizienz eines Computerchips. Um den Anforderungen für immer leistungsfähigere Prozessoren gerecht zu werden, passen Chipdesigner diese Grundrisse momentan in vielen einzelnen Schritten an – eine mühsame und zeitintensive Arbeit. Doch Forscher um Azalia Mirhoseini von Google Research in Mountain View gelang es nun, Computerchips mit Methoden der Künstlichen Intelligenz sehr viel schneller – in nur wenigen Stunden – zu designen.

„Unsere Methode generiert automatisch Chipgrundrisse, die in allen Schlüsselfunktionen vergleichbar oder sogar besser sind als von Menschen geschaffene: vom Energieverbrauch über die Leistungsfähigkeit bis zur Größe des Chips“, sagt Mirhoseini. Möglich macht dies ein Algorithmus, der virtuell und selbstständig die einzelnen Blöcke eines Chips anordnet und die daraus folgenden Leistungsparameter abschätzt. In kürzester Zeit vergleicht er tausende verschiedene Grundrisse. Zugleich lernt dieses System selbstständig, welche Ordnungsstrategien und Grundrisse besonders vorteilhaft für die Rechenleistung, sowie für den Strom- und Platzbedarf sind.

Auf den ersten Blick scheinen die vom Algorithmus entworfenen Grundrisse der Chips sehr viel ungeordneter als die vom Menschen konzipierten, streng geordneten Baupläne. Doch die Leistungsfähigkeit bei zugleich stark verkürzter Entwicklungszeit überzeugt. So sollte dieser neue Ansatz Entwicklern schon bald die zunehmend herausfordernde Aufgabe erleichtern, komplexe Grundrisse für immer leistungsfähigere Computerchips zu designen.