Halo semuanya, saya Shi Kan dari Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, seorang "pekerja teknologi slash". Saya memiliki lebih dari sepuluh tahun pengalaman di bidang chip, dan saat ini saya melakukan penelitian akademis terkait chip di Chinese Academy of Sciences; namun, saya juga seorang UP sains dan teknologi di Bilibili dengan nama "Lao Shi Tan Xin", penonton saya memanggil saya "Lao Shi".
Chip: Batu Fondasi Masyarakat Modern
Ketika menyebut chip, pasti semua orang tahu betapa pentingnya.
Baik itu kecerdasan buatan yang sedang panas saat ini, maupun kedokteran hayati, mobil otonom, komunikasi jaringan, dan sebagainya, hampir semua teknologi masyarakat modern yang dapat Anda bayangkan tidak terlepas dari chip — teknologi fondasional era informasi ini.
Saya telah lama terlibat dalam pekerjaan chip, proses pengembangan chip sebenarnya adalah proses yang sangat menarik, terutama karena dua aspek.
Pertama, aplikasi chip sangat luas. Begitu Anda terjun ke industri ini, kemungkinan besar Anda tidak perlu khawatir akan menganggur, karena banyak industri memerlukan teknologi chip.
Alasan kedua mungkin lebih penting: pengembangan chip adalah hal yang sangat sulit. Sebagai insinyur chip, kami perlu terus belajar, terus memperkaya diri, untuk menghadapi dan menyambut era yang penuh peluang dan tantangan ini.
Lalu muncul pertanyaan, di mana letak kesulitan teknologi chip?
Mengapa Chip Begitu Sulit?
Telah selesai: 10%//////////
Mungkin semua orang tahu, proses pembuatan sebuah chip pada dasarnya adalah perjalanan evolusi dari sebutir pasir. Pasir mungkin adalah benda yang tak terbatas dan tak habis-habisnya di planet ini; namun, mengubah pasir bernilai rendah menjadi chip bernilai tinggi, semua nilai tambah yang diberikan adalah kecerdasan manusia.
Dari pasir, kita perlu memurnikannya untuk mendapatkan wafer. Kemudian, wafer tersebut akan menjalani serangkaian tahapan seperti fotolitografi, injeksi ion, etsa, pengemasan, dan sebagainya, baru bisa berubah dari pasir yang tak terbatas dan tak habis-habisnya menjadi chip kecil yang akhirnya jadi.
Nah, setelah membicarakan begitu banyak hal dan tahapan, sebenarnya pembuatan chip hanyalah bagian dari keseluruhan alur pengembangan chip, itu tidak sama dengan pengembangan chip itu sendiri.
Ada satu tahapan yang sangat penting lainnya, yaitu desain chip. Ini merujuk pada menyelesaikan desain sirkuit sesuai dengan kebutuhan, dan membuat sirkuit tersebut dapat bekerja dengan normal. Kemudian, kami menyerahkan sirkuit yang telah dirancang ke produsen chip untuk mereka lakukan pembuatan tahap akhir, akhirnya mendapatkan entitas chip.
Namun di sini ada masalah lain: bagaimana memastikan fungsi chip sesuai dengan desain awal Anda?
Di sini ada sebuah cerita kecil yang menarik. Pada tahun 1947, seorang programmer wanita terkenal bernama Grace Hopper menemukan komputernya tidak berfungsi. Setelah pemeriksaan dan eksplorasi yang teliti, dia menemukan ternyata ada seekor ngengat yang masuk ke dalam relay komputer. Lalu, dengan hati-hati dia menjepit ngengat itu dengan pinset dan menempelkannya ke selembar kertas.
Ini mungkin adalah "bug" (serangga) atau celah keamanan pertama yang ditemukan dalam sejarah perkembangan komputer kita.
Jika contoh sebelumnya terlalu lama, sebenarnya kita punya lebih banyak contoh. Di sini saya berikan sebuah soal matematika, berapakah hasil akhir dari ekspresi ini? Sebenarnya soal ini sederhana, karena dalam ekspresi berikutnya, pembilang dan penyebutnya sebenarnya sama, bisa dicoret; lalu angka di depan tanda minus dan angka di belakangnya juga sama, jadi angka yang sama dikurangi, jawaban akhir seharusnya 0. Namun, dalam komputer dan chip yang sebenarnya, hasil yang didapat mungkin tidak seperti itu.
Misalnya, dalam sebuah chip Pentium dari Intel, hasilnya adalah 255.00000000. Apa yang terjadi? Ternyata ada seorang ilmuwan Amerika yang sedang melakukan penelitian ilmiah, ketika dia menjalankan ekspresi ini, dia tidak bisa menghitung dengan benar. Akhirnya dia baru menyadari, ternyata dalam unit operasi pembagian floating-point chip ini, ada sebuah desain celah keamanan yang belum ditemukan.
Jangan remehkan celah desain ini, konsekuensi yang ditimbulkannya sebenarnya sangat serius. Pada tahun 1990-an, Intel menghabiskan 475 juta dolar AS untuk menarik kembali secara global semua chip Pentium yang memiliki masalah ini.
Jadi kembali ke pertanyaan tadi, di mana letak kesulitan teknologi chip?
Menurut saya, kesulitan chip terletak pada kebutuhannya untuk sukses sekali jadi. Membuat chip tidak seperti perangkat lunak, di mana Anda bisa memperbaiki berbagai masalah dengan cara menambal. Sebaliknya, begitu chip menyelesaikan perjalanan evolusinya dari pasir menjadi chip, Anda mungkin telah menghabiskan puluhan ribu, bahkan ratusan juta yuan untuk menyelesaikan taping-out dan pembuatan chip, dan sulit untuk diubah lagi.
Lalu, pertanyaan selanjutnya adalah: sekarang berapa banyak proyek chip yang dapat mencapai sukses sekali jadi?
Verifikasi Chip yang "Mencekik Leher"
Telah selesai: 40%//////////
Berdasarkan data hasil survei, hanya 24% proyek chip yang dapat mencapai sukses sekali jadi. Artinya, 3/4 proyek chip karena adanya berbagai celah desain, besar dan kecil, yang belum ditemukan, setidaknya perlu melakukan satu kali taping-out lagi, yang akan menghabiskan banyak waktu dan uang.
Jadi, inti permasalahannya adalah: bagaimana kita dapat memastikan sebisa mungkin bahwa chip sebelum taping-out dan pembuatan memiliki sedikit atau bahkan tidak ada bug, tidak ada celah desain. Ini juga merupakan arah yang selama beberapa tahun terakhir saya tekuni dalam penelitian.
Demikian pula berdasarkan data penelitian ini, dalam seluruh proses pengembangan chip, terutama dengan perkembangan kecerdasan buatan dan berbagai teknologi tinggi sekarang ini, chip menjadi semakin kompleks. Verifikasi chip juga menjadi bagian yang sangat besar dalam siklus pengembangan chip, bahkan melebihi setengah, mencapai 70% dari seluruh siklus desain chip.
Namun sayangnya, verifikasi chip juga merupakan hal yang sulit. Di sini saya daftarkan beberapa angka astronomi, seperti keliling bumi, jumlah bintang yang mungkin ada di galaksi Bima Sakti, atau panjang tahun cahaya.
Dalam verifikasi chip, sebenarnya juga ada angka astronomi, yaitu jumlah siklus yang dibutuhkan untuk sepenuhnya memverifikasi inti CPU. Apa arti angka astronomi ini sebenarnya?
Jika kita menggunakan teknologi simulasi perangkat lunak paling canggih saat ini untuk sepenuhnya memverifikasi inti CPU, setidaknya membutuhkan 15.000 tahun. Dan menggunakan teknologi simulasi perangkat keras paling canggih saat ini, dapat mempersingkat waktu ini sedikit menjadi 30 tahun. Namun kita semua tahu, mengembangkan sebuah chip tidak mungkin menunggu 15.000 tahun, juga tidak mungkin menunggu 30 tahun.
Lalu, apa sebenarnya inti permasalahannya? Beberapa tahun terakhir kami sebenarnya terus meneliti. Kami menemukan, dalam verifikasi chip ada yang disebut "segitiga mustahil", yaitu kinerja tinggi verifikasi chip, kemampuan debug yang baik, dan biaya rendah; sedangkan ketiga faktor yang sangat penting untuk verifikasi chip ini tidak dapat dipenuhi bersamaan. Untuk penelitian atau metode mainstream saat ini, paling banyak hanya bisa memilih dua dari tiga, dan inilah alasan mendasar yang menyebabkan efisiensi verifikasi chip sangat rendah.
Selalu Harus Ada Orang yang Melakukan Sesuatu yang Berbeda
Telah selesai: 60%//////////
Karena alasan-alasan ini, verifikasi chip dalam beberapa waktu terakhir tidak mengalami perkembangan yang besar.
Di perusahaan chip, insinyur chip mungkin lebih banyak menulis kasus uji, menjalankan regresi verifikasi. Pada dasarnya, ini adalah pekerjaan kotor dan berat. Di bidang akademis juga begitu, cendekiawan yang terjun ke penelitian verifikasi chip sebenarnya sangat sedikit, terutama dibandingkan dengan bidang penelitian populer seperti kecerdasan buatan yang sedang ramai saat ini, penelitian terkait verifikasi chip sangat sedikit.
Jadi, ada akademisi senior yang mengatakan kepada saya, dalam waktu yang sama, saya bisa menerbitkan tiga atau bahkan lebih makalah di bidang kecerdasan buatan, tetapi verifikasi chip mungkin tidak bisa menerbitkan satu pun.
Sayangnya, dia benar.
Namun, selalu harus ada orang yang melakukan sesuatu yang berbeda.
Jadi, dalam beberapa tahun terakhir, saya terus memimpin tim untuk melakukan penelitian terkait verifikasi chip, dan membangun sistem penelitian verifikasi lincah dari nol hingga satu. Inti dari sistem penelitian ini adalah sebuah platform verifikasi bernama ENCORE, yang didasarkan pada chip khusus — Field Programmable Gate Array (FPGA). ENCORE dapat secara signifikan meningkatkan efisiensi verifikasi, sekaligus mencapai kemampuan debug verifikasi yang cukup baik.
Untuk membangun sistem penelitian verifikasi lincah ini, di satu sisi kami perlu terus mengoptimalkan efisiensi penambangan, debug, dan perbaikan celah pada tingkat algoritma; di sisi lain, kami juga berharap dapat membangun platform akselerasi verifikasi lincah end-to-end berbasis chip logika terprogram (FPGA). Pada tingkat aplikasi, kami berharap platform ini dapat digunakan baik untuk verifikasi prosesor umum, seperti CPU atau GPU, maupun untuk verifikasi chip khusus, seperti akselerator AI yang sangat populer saat ini.
Dalam beberapa waktu terakhir, kami telah melakukan banyak pekerjaan eksplorasi terdepan di bidang ini, termasuk ENCORE yang disebutkan sebelumnya dan banyak penelitian baru. Kami juga telah menerbitkan hasil penelitian ini di banyak konferensi akademis internasional yang terkenal.
Kemudian kami sebenarnya juga sedang melakukan beberapa pekerjaan yang menarik, karena pekerjaan ini belum dipublikasikan, jadi untuk saat ini tidak akan kami perlihatkan satu per satu.
Membuat Lebih Banyak Orang Lebih Mengenal Chip
Telah selesai: 80%//////////
Namun dalam proses penelitian, saya perlahan menyadari bahwa hasil penelitian atau akademis ini, terutama ditujukan untuk mereka yang hanya memahami verifikasi chip dan bidang terkait dalam lingkaran kecil kami. Lalu, bagaimana caranya agar lebih banyak orang dapat melihat pekerjaan kami, memahami penelitian kami, bahkan berpartisipasi dalam pekerjaan kami?
Maka, saya secara alami memikirkan popularisasi sains chip, ini juga membuat saya merasa sangat menarik. Saya telah melakukan popularisasi sains selama empat hingga lima tahun, mulai dari tulisan, hingga kemudian membuat video di Bilibili. Popularisasi sains chip tidak hanya membawa banyak manfaat bagi saya, tetapi juga membantu saya mengenal banyak teman seperjuangan, serta penonton yang menyukai dan mendukung saya.
Namun, membuat video popularisasi sains chip bukanlah hal yang mudah, terutama di tengah maraknya video pendek hari ini. Ada blogger popularisasi sains senior yang juga mengatakan kepada saya, dalam waktu yang sama, saya membuat satu video panjang popularisasi sains chip yang keras, dia mungkin bisa membuat 10 episode, bahkan lebih banyak video pendek terkait tren, dan trafiknya mungkin berkali-kali lipat dari saya.
Sayangnya, dia sebenarnya juga benar.
Namun di atas dasar ini, saya merasa tetap perlu ada orang yang bersikeras melakukan hal-hal yang sulit. Saya berharap dapat menggabungkan dua hal yang sama-sama sulit namun sama-sama menarik ini, yaitu popularisasi sains chip dan verifikasi chip, melalui bentuk video dan tulisan untuk menunjukkan kepada semua orang hal-hal yang kami lakukan, makalah yang telah kami terbitkan, serta konten chip open source yang sedang diteliti oleh tim besar kami.
Selain chip, saya juga akan berbagi dengan semua orang tentang kecerdasan buatan, komputer, dan teknologi keras lainnya, serta berbagi pengalaman pertumbuhan saya, buku yang telah saya baca, pengetahuan yang telah saya pelajari. Saya tahu, saya sendiri sebenarnya bukan seorang jenius, juga bukan ahli dan pakar yang serba bisa dan serba tahu. Saya lebih berharap dapat menjadi "pemandu" bagi semua orang, berbagi jalan yang telah saya lalui.
Jadi, kembali ke pertanyaan yang ingin saya bagikan hari ini: manakah yang lebih menarik, penelitian chip atau popularisasi sains chip? Tentu, bagi saya sebenarnya keduanya sama-sama menarik. Alasannya sederhana, karena keduanya sama-sama sulit. Pada saat yang sama, keduanya membutuhkan saya untuk bertahan sangat lama, sangat lama.
Banyak orang mengatakan, kita perlu melakukan hal-hal yang sulit namun benar. Namun sebenarnya masalahnya adalah, sebelum Anda melakukan sesuatu, bagaimana Anda menilai bahwa hal itu benar? Jika suatu hal di mata orang lain adalah duduk di bangku dingin, di mata orang lain adalah melakukan pekerjaan kotor, berat, apakah Anda akan tetap bertahan melakukannya?
Jadi, saya lebih berharap melakukan hal-hal yang sulit dan berjangka panjang, seperti penelitian akademis verifikasi chip, seperti membuat video panjang popularisasi sains chip yang keras. Karena jika suatu hal sulit dan membutuhkan ketekunan jangka panjang, kemungkinan besar hal itu benar.
Di atas adalah semua konten yang ingin saya bagikan hari ini. Saya Lao Shi, terima kasih semuanya!
Artikel ini dari akun WeChat resmi: Gezhi Lundao Jiangtan , penulis: Shi Kan, judul asli: 《Seberapa Sulitnya Membuat Chip? Satu Kesalahan dalam Operasi Pembagian, 475 Juta Dolar AS Hilang Percuma|Shi Kan》
