人工智能技術在集成電路中的應用

林華 郭佳佳 薛嘉豪

摘要：一直以來集成電路的發(fā)展都是現(xiàn)代科技重點關注的產業(yè)，近年來，隨著人工智能技術的日趨完善，人工智能也逐漸應用到實際生產和生活中。基于此背景下，本次首先是從集成電路的發(fā)展歷程出發(fā)，闡述人工智能技術與集成電路產業(yè)之間的關系，最后是針對人工智能技術在集成電路上的應用進行簡單介紹。

關鍵詞：集成電路;發(fā)展歷程;人工智能

前言

在當今科技飛速發(fā)展的社會，信息以其無處不在的特點融入到我們日常生活中，電子信息產品在人們日常生活和工作中所占有的比重日益增加，而集成電路是電子信息產品的關鍵部件，因此集成電路的發(fā)展成為當代信息科技革命的核心。但是我國科技起步較晚，對于集成電路的研究遠遠落后與歐美等其他國家。而人工智能技術的出現(xiàn)為消除這一差距提供了可能，因此，為改革原有集成電路生產模式，實現(xiàn)集成電路產業(yè)規(guī)?；悄芑Y合人工智能技術的集成電路的研發(fā)是促進我國集成電路發(fā)展的重點。

1.集成電路的發(fā)展歷程

集成電路是將多個包括電容、電阻、晶體管等在內的電子元件及布線制作在一小塊的半導體晶片或介質基片上，通過封裝工藝實現(xiàn)某種功能的微型電子元器件。集成電路因為具有體積小、質量輕、功能穩(wěn)定等特點而被廣泛應用到多個領域，而其低成本的優(yōu)點決定了集成電路可以實現(xiàn)規(guī)模化生產。隨著現(xiàn)代科技發(fā)展的進一步深化、人工智能技術的出現(xiàn)，集成電路作為人工智能芯片的重要部件已成為推動未來人工智能發(fā)展的關鍵要素。

集成電路的發(fā)展要從電子技術的出現(xiàn)說起，其發(fā)展歷程主要分為三個方面：（1）材料的發(fā)展。集成電路的基礎材料是半導體硅，這是自從發(fā)明至今并且未來幾十年都是集成電路制造的主要材料。而半導體硅材料在化學提純工藝的高速發(fā)展下從硅材料、砷化鎵發(fā)展至今，其豐富的資源和優(yōu)異的特性為集成電路的規(guī)?；a提供了基礎性作用;（2）制作工藝的發(fā)展。集成電路的制作工藝的發(fā)展主要是以硅技術為基礎發(fā)展起來的。其制作工藝已經從最初的集成度、功耗和成本無法兼顧到現(xiàn)今集成度高、功耗小、成本低的規(guī)?；a，正在向著納米技術進發(fā);（3）設計技術的發(fā)展。集成電路的設計一直以來都是落后于集成電路的加工技術。其設計從早期的功能簡單、集成度低到如今已經發(fā)展到了EDA設計發(fā)展階段，為集成電路的設計提供了新的平臺。

2.集成電路與人工智能的聯(lián)系

2.1人工智能的發(fā)展基礎

人工智能發(fā)展的核心在于智能芯片和應用算法的發(fā)展。智能芯片的制作需要集成電路，而應用算法的使用是無法通過人工去計算的，更別說需要對實際情況進行模擬，這就需要依賴于計算機技術的支持，而計算機的發(fā)展同樣需要集成電路。

集成電路的快速發(fā)展可以推進計算機數(shù)據(jù)處理和實際應用性能上的發(fā)展，越難處理的數(shù)據(jù)信息就越依賴計算機科學的數(shù)據(jù)算法，而這也正是人工智能順利實施的重要基礎。因此從實際上看，人工智能技術的發(fā)展離不開集成電路技術的完善。

2.2人工智能在集成電路中的應用特點

人工智能技術的在集成電路中的應用特點主要包括以下兩個方面：（1）人工智能技術是仿照人腦而發(fā)明的，雖然不能實現(xiàn)完全達到人腦的程度，但其強大的深度學習能力能夠推動集成電路芯片在算法更新后能夠實施自我更新，減少芯片的固件成本，改善傳統(tǒng)芯片只能設定固定算法的弊端，提高芯片更新效率。（2）運算速度更快。傳統(tǒng)的集成電路芯片存在運算速度慢且在長時間運算后會出現(xiàn)運算速度下降的問題，這會極大影響其工作性能，而人工智能芯片則不同，它含有自我更新學習的能力，在運算過程中會采用深度學習能力改良算法，并及時找出解決問題的最優(yōu)解，并有可能在這個更新學習的過程中提高運算速度。

3.人工智能技術在集成電路中的應用

3.1集成電路生產動態(tài)調度

隨著集成電路的功能越來越復雜，所需要的元器件也越來越多，這就對集成電路的調度算法提出了新的要求，傳統(tǒng)的靜態(tài)調度算法形式單一，結構簡單，已經不能滿足當前集成電路發(fā)展的需求，因此必須改用融入人工智能技術的動態(tài)調度算法，這種方法類似于生物進化論，優(yōu)勝劣汰，一步步發(fā)展匹配最終得到當前的最優(yōu)解，經過實驗對比也證明了人工智能算法的優(yōu)越性。

3.2故障分析診斷

簡單電路在運行過程中不可避免的會出現(xiàn)故障，更何況是集成電路這種更為復雜的器件。而之所以會出現(xiàn)這種情況是因為在集成電路故障設計時沒有整體考慮到未來集成電路在運行中會出現(xiàn)的所有問題，當然傳統(tǒng)的集成芯片也很難去分析預料，而人工智能技術的出現(xiàn)則為解決這一難題提供了技術支持。將人工智能技術引入到集成電路的故障設計中，可以借助人工智能技術通過科學的算法來預估集成電路可能遇到的運行故障，保障集成電路的平穩(wěn)運行。比如在某PLC程序中，如果出現(xiàn)兩個串聯(lián)信號都為NO狀態(tài)，則后續(xù)繼電器會做停機處理。其程序梯形圖如下圖所示。

3.3集成電路設計

隨著集成電路的運用范圍越來越廣，其應用環(huán)境也越來越復雜，對集成電路的設計程序的要求也越來越高，這就需要設計人員在設計時考慮到各種專業(yè)知識包括電磁場、電力知識等從而設計出更符合要求的集成電路。但是雖然人工設計的電路更為常用，但是隨著社會的進步，人工設計會存在很多問題，比如設計出來的電路方案不達標很難進行修改。人工智能技術能夠根據(jù)設計要求準確設計出合理的設計方案，同時如需調整方案可借助軟件來進行，有效的提高了集成電路設計實用性，節(jié)省的人力，提高了設計效率。

3.4集成電路的控制與保護

人工智能于相比較傳統(tǒng)技術的優(yōu)勢在于能夠追蹤所輸入的狀態(tài)值，并根據(jù)其學習算法對集成電路的未來狀態(tài)進行推理，出現(xiàn)問題時能夠及時調整，實現(xiàn)對集成電路的保護。同時人工智能技術能夠檢測整理集成電路的運行數(shù)據(jù)信息，對集成電路的每一個環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，實現(xiàn)對集成電路的精細化控制，從而確保集成電路能夠平穩(wěn)安全運行。

結語

本文是從集成電路的發(fā)展歷程出發(fā)，介紹了集成電路從小型化到規(guī)?；陌l(fā)展歷史，同時也介紹了人工智能技術的特點及在集成電路的應用基礎，從人工智能技術在集成電路中的多個典型應用場景著重分析了人工智能技術的應用前景。

綜上所述，人工智能技術與集成電路的關系是相輔相成、密不可分的，將人工智能技術科學的運用到集成電路的動態(tài)調度、電路設計、電路保護等領域，促進集成電路的智能化、專業(yè)化發(fā)展，在人工智能這一大趨勢的帶動下提高集成電路技術，增強創(chuàng)新能力，更好的運用人工智能技術推動集成電路產業(yè)的發(fā)展。

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