部分LZU_GERM芯片 蘭州大學(xué)供圖
近日，由蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院副教授何安平團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜的異步電路與系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的首顆極大規(guī)模全異步電路芯片成功流片。該芯片為120顆名為LZU_GERM的芯片，采用40納米工藝制程，在每顆僅有96平方毫米的芯片上共集成了3.5億晶體管和1512個(gè)CPU，且每顆芯片的功耗僅有98毫瓦。這些芯片在2021年4月底完成設(shè)計(jì)，于2022年5月成功回片。
異步電路的優(yōu)點(diǎn)主要在于低功耗，而難點(diǎn)在于沒有時(shí)鐘電路作為芯片的全局驅(qū)動(dòng)電路，并且主流的商用EDA軟件均是針對(duì)同步電路設(shè)計(jì)的軟件。國內(nèi)優(yōu)秀的同步電路設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)很多，但是異步電路設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)卻寥寥無幾，有能力生產(chǎn)芯片的團(tuán)隊(duì)就更是少之又少。國外從很早就注意到了異步電路的優(yōu)勢并開始了研究，但是對(duì)中國卻有嚴(yán)格的技術(shù)封鎖。
何安平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)9年時(shí)間，從異步電路設(shè)計(jì)方法學(xué)開始，一直探索到芯片設(shè)計(jì)。在主流商用EDA軟件的基礎(chǔ)上，逐漸突破了異步驅(qū)動(dòng)邏輯設(shè)計(jì)、異步時(shí)序約束、大規(guī)模異步電路設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)穩(wěn)定性驗(yàn)證等一系列芯片設(shè)計(jì)問題。團(tuán)隊(duì)采用國際上最先進(jìn)的異步電路設(shè)計(jì)方法，在這一枚枚小小的芯片上，每一個(gè)異步的CPU核都將由異步的mesh網(wǎng)絡(luò)連接，數(shù)據(jù)在CPU中運(yùn)算后會(huì)被mesh網(wǎng)絡(luò)廣播到各個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，并被目標(biāo)路由節(jié)點(diǎn)抓取。這樣的工作機(jī)制非常適合用于如今人們熟知的類腦計(jì)算和其他高并發(fā)計(jì)算領(lǐng)域。在國外，Intel、IBM等公司已經(jīng)用Loihi、TrueNorth等芯片證明了用異步電路做類腦計(jì)算，無論在功耗還是在性能上均比同時(shí)期的同步電路優(yōu)越。而國內(nèi)的大規(guī)模異步電路設(shè)計(jì)尚處于初級(jí)階段。同時(shí)，何安平團(tuán)隊(duì)基于異步電路設(shè)計(jì)的EDA軟件“拼圖”3.0版歷經(jīng)兩次迭代，日臻成熟，成為中國自主研發(fā)的第一個(gè)異步電路EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件，并在OpenI網(wǎng)站開源。
