核心观点 - 提出全新处理器芯片软硬件全自动设计系统QiMeng，包含底层大型处理器芯片模型(LPCM)、中间层硬件/软件设计代理和顶层应用的三层架构 [1][9] - LPCM通过多模态架构、跨阶段协作训练和反馈驱动推理三大创新设计，解决知识表示缺口、数据稀缺、正确性保证和巨大解空间四大挑战 [10][23] - 硬件设计代理采用双循环机制实现从功能规范到物理布局的端到端自动化设计，软件设计代理实现基础软件无缝适配和性能优化 [11][39] - 已实现自动化前端设计、HDL生成等应用，其中QiMeng-CPU-v2性能达到Arm Cortex A53水平 [59][60] 技术挑战 - 制造工艺接近7纳米以下物理极限，量子隧穿和短沟道效应使传统性能扩展方法失效 [4] - 传统设计流程需要大量专业知识和验证迭代，导致开发周期长、成本高昂 [4] - RISC-V等开放指令集带来组合爆炸问题，软件生态适配复杂度呈指数级增长 [50] - 32位CPU设计解空间达10^10540量级，远超传统方法处理能力 [7] LPCM创新设计 - 多模态架构同时处理文本和AST/DFG/CFG等图数据，通过GNN编码和对比学习实现特征对齐 [26][27] - 跨阶段协作训练通过级联单阶段模型自动生成TB级跨阶段对齐数据，缓解数据稀缺问题 [28][29] - 反馈驱动推理集成功能正确性验证(准确率99.99999999999%)和性能优化双循环机制 [33][34][36] 硬件设计代理 - 外部性能优化循环通过模块分解将解空间降低4个数量级，内部验证修复循环确保功能正确性 [45][47] - 采用二进制推测图(BSD)表示电路，通过香农展开实现错误节点自动修复，验证精度渐近收敛至100% [59] - 已实现400万门规模的QiMeng-CPU-v1和1700万门超标量QiMeng-CPU-v2，后者性能达Cortex A53水平 [59][60] 软件设计代理 - 外部循环采用LLM引导的蒙特卡洛树搜索优化性能，内部循环通过SMT求解器保证功能等价 [52][53] - AutoOS方法在1天内完成Linux内核15000个配置项的优化，性能提升最高达25.6% [71] - QiMeng-Xpiler实现CUDA到国产AI芯片的程序转译，平均准确率95% [77] 应用成果 - CodeV系列模型在Verilog生成任务上pass@1达81.9%，超越GPT-4和专用开源模型 [63][69] - QiMeng-GEMM生成的矩阵乘法算子在RISC-V平台性能达OpenBLAS的2.11倍 [80] - QiMeng-Attention在NVIDIA T4平台生成的注意力算子性能为cuDNN的3.04倍 [84]