圖論學徒：教授大型語言模型低階知識以進行電路品質估計

Q: 如何將 VeriDistill 模型擴展到其他硬體描述語言，例如 VHDL？

將 VeriDistill 模型擴展到其他硬體描述語言，例如 VHDL，需要進行以下調整： 預訓練語言模型： VeriDistill 的核心組件是預訓練的 Verilog 語言模型 (CodeV)。要支援 VHDL，需要使用 VHDL 語料庫預訓練一個新的語言模型。幸運的是，已經有研究專注於訓練 VHDL 語言模型，例如 VeriGen 和 CodeGen-Verilog。 語法樹解析器： VeriDistill 使用 Verilator 解析 Verilog 代碼並生成抽象語法樹 (AST)。對於 VHDL，需要使用相應的 VHDL 解析器來生成 AST。 LUT 圖生成： VeriDistill 的知識蒸餾過程依賴於從 Verilog 代碼生成的查找表 (LUT) 圖。需要使用適當的 VHDL 合成工具來生成 LUT 圖，以便訓練 VHDL 版本的教師模型。 數據集： 需要收集大量的 VHDL 代碼和相應的電路品質指標數據集，用於訓練和評估 VHDL 版本的 VeriDistill 模型。 總之，將 VeriDistill 擴展到 VHDL 需要適應新的語言模型、解析器、合成工具和數據集。儘管需要付出努力，但 VeriDistill 的核心概念和架構可以被保留，並應用於其他硬體描述語言。

Q: 除了電路面積和延遲之外，VeriDistill 模型是否可以預測其他電路品質指標，例如功耗和時序裕度？

除了電路面積和延遲之外，VeriDistill 模型的確有潛力預測其他電路品質指標，例如功耗和時序裕度。 功耗： 電路功耗與其面積、開關活動性和時鐘頻率密切相關。由於 VeriDistill 已經可以預測面積和延遲（與時鐘頻率相關），因此可以通過添加功耗相關特徵和標籤到訓練數據集中，進一步訓練模型預測功耗。 時序裕度： 時序裕度是指電路在滿足時序約束的情況下，所能容忍的最大延遲差異。預測時序裕度需要模型理解電路中的關鍵路徑和時序約束。可以通過將時序分析結果整合到訓練數據中，例如標記關鍵路徑和時序違規，來訓練 VeriDistill 預測時序裕度。 總之，VeriDistill 的架構具備預測多種電路品質指標的潛力。通過調整訓練數據集和模型結構，可以使其預測功耗、時序裕度以及其他與電路設計相關的重要指標。

Q: 如果將 VeriDistill 模型整合到現有的 EDA 工具中，將會對電路設計流程產生什麼影響？

將 VeriDistill 模型整合到現有的 EDA 工具中，將會對電路設計流程產生以下積極影響： 加速設計迭代： VeriDistill 可以快速預測電路品質指標，而无需进行耗时的逻辑合成。这将使设计人员能够在設計初期阶段快速评估不同的設計方案，从而加速設計迭代，缩短产品上市时间。 优化設計空間探索： VeriDistill 可以帮助设计人员更好地理解 RTL 代码与电路品质指标之间的关系。通过分析模型的预测结果，设计人员可以识别关键代码段，并针对性地进行优化，从而更有效地探索設計空間，找到最佳的設計方案。 提高設計效率： VeriDistill 可以作为 EDA 工具的辅助功能，为设计人员提供有关电路品质的早期反馈。这将有助于设计人员在設計过程中尽早发现并解决潜在问题，从而减少設計错误，提高設計效率。 总而言之，将 VeriDistill 整合到现有的 EDA 工具中，将有助于加速設計迭代、优化設計空間探索、提高設計效率，从而推动芯片设计流程的自动化和智能化发展。

核心概念

透過將低階電路資訊以圖形表示的方式，利用知識蒸餾技術教授大型語言模型，能有效提升其預測電路品質指標（如面積和延遲）的能力。

摘要

客製化摘要

使用 AI 重寫

產生引用格式

翻譯原文

翻譯成其他語言

產生心智圖

從原文內容

前往原文

arxiv.org

參考資訊:  Moravej, R., Bodhe, S., Zhang, Z., Ch´etelat, D., Tsaras, D., Zhang, Y., ... & Yuan, M. (2024). The Graph’s Apprentice: Teaching an LLM Low Level Knowledge for Circuit Quality Estimation. arXiv preprint arXiv:2411.00843v1.
研究目標: 本研究旨在開發一種端到端的機器學習模型，可以直接從 Verilog 程式碼預測電路品質指標，例如面積和延遲，而無需執行成本高昂的邏輯合成過程。
方法: 研究人員開發了一個名為 VeriDistill 的模型，該模型採用預先訓練好的 Verilog 大型語言模型 (LLM) CodeV 作為編碼器，並訓練一個小型神經網路作為解碼器，從 LLM 的隱藏狀態預測電路品質指標。此外，他們還利用知識蒸餾技術，將一個在低階電路表示（查找表，LUT）上訓練的圖神經網路 (GNN) 的知識轉移到 VeriDistill 模型中。
主要發現:  實驗結果顯示，VeriDistill 在大型 Verilog 數據集上優於現有方法，尤其是在預測電路面積方面。

VeriDistill 模型在預測各種規模的電路品質指標方面表現出一致的準確性，而其他方法則主要集中在小型電路上。
知識蒸餾技術對於提升 VeriDistill 模型的效能至關重要，特別是在處理訓練數據中較少出現的大型電路時。
將 VeriDistill 模型應用於未知的 OpenABCD 數據集時，知識蒸餾技術也顯著提高了模型的泛化能力。
主要結論:  研究結果表明，Verilog LLM 可以學習 Verilog 程式碼所代表電路的抽象特徵，並利用這些特徵預測電路品質。透過知識蒸餾技術，可以有效地將低階電路資訊整合到 LLM 中，從而顯著提高預測精度和泛化能力。
意義:  這項研究為電路設計自動化領域帶來了新的突破，為開發更快速、更高效的電路設計工具提供了新的思路。
局限性和未來研究方向:  未來的研究可以探索其他知識蒸餾技術，以進一步提高模型的效能。此外，還可以研究如何將 VeriDistill 模型應用於其他電路設計任務，例如邏輯優化和時序分析。

統計資料

數據集包含超過 16,000 個 Verilog 程式碼範例，並包含相應的電路面積和延遲標籤。
大部分 Verilog 程式碼範例包含少於 2000 個詞符，對應的電路面積和延遲較小。
使用 7 奈米製程技術進行邏輯合成和電路品質指標評估。

從以下內容提煉的關鍵洞見

The Graph's Apprentice: Teaching an LLM Low Level Knowledge for Circuit Quality Estimation

by Reza Moravej... 於 arxiv.org 11-05-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.00843.pdf

The Graph's Apprentice: Teaching an LLM Low Level Knowledge for Circuit Quality Estimation

深入探究

如何將 VeriDistill 模型擴展到其他硬體描述語言，例如 VHDL？

將 VeriDistill 模型擴展到其他硬體描述語言，例如 VHDL，需要進行以下調整：

預訓練語言模型： VeriDistill 的核心組件是預訓練的 Verilog 語言模型 (CodeV)。要支援 VHDL，需要使用 VHDL 語料庫預訓練一個新的語言模型。幸運的是，已經有研究專注於訓練 VHDL 語言模型，例如 VeriGen 和 CodeGen-Verilog。
語法樹解析器：  VeriDistill 使用 Verilator 解析 Verilog 代碼並生成抽象語法樹 (AST)。對於 VHDL，需要使用相應的 VHDL 解析器來生成 AST。
LUT 圖生成：  VeriDistill 的知識蒸餾過程依賴於從 Verilog 代碼生成的查找表 (LUT) 圖。需要使用適當的 VHDL 合成工具來生成 LUT 圖，以便訓練 VHDL 版本的教師模型。
數據集：  需要收集大量的 VHDL 代碼和相應的電路品質指標數據集，用於訓練和評估 VHDL 版本的 VeriDistill 模型。

總之，將 VeriDistill 擴展到 VHDL 需要適應新的語言模型、解析器、合成工具和數據集。儘管需要付出努力，但 VeriDistill 的核心概念和架構可以被保留，並應用於其他硬體描述語言。

除了電路面積和延遲之外，VeriDistill 模型是否可以預測其他電路品質指標，例如功耗和時序裕度？

除了電路面積和延遲之外，VeriDistill 模型的確有潛力預測其他電路品質指標，例如功耗和時序裕度。

功耗： 電路功耗與其面積、開關活動性和時鐘頻率密切相關。由於 VeriDistill 已經可以預測面積和延遲（與時鐘頻率相關），因此可以通過添加功耗相關特徵和標籤到訓練數據集中，進一步訓練模型預測功耗。
時序裕度： 時序裕度是指電路在滿足時序約束的情況下，所能容忍的最大延遲差異。預測時序裕度需要模型理解電路中的關鍵路徑和時序約束。可以通過將時序分析結果整合到訓練數據中，例如標記關鍵路徑和時序違規，來訓練 VeriDistill 預測時序裕度。
總之，VeriDistill 的架構具備預測多種電路品質指標的潛力。通過調整訓練數據集和模型結構，可以使其預測功耗、時序裕度以及其他與電路設計相關的重要指標。

如果將 VeriDistill 模型整合到現有的 EDA 工具中，將會對電路設計流程產生什麼影響？

將 VeriDistill 模型整合到現有的 EDA 工具中，將會對電路設計流程產生以下積極影響：

加速設計迭代：  VeriDistill 可以快速預測電路品質指標，而无需进行耗时的逻辑合成。这将使设计人员能够在設計初期阶段快速评估不同的設計方案，从而加速設計迭代，缩短产品上市时间。
优化設計空間探索：  VeriDistill 可以帮助设计人员更好地理解 RTL 代码与电路品质指标之间的关系。通过分析模型的预测结果，设计人员可以识别关键代码段，并针对性地进行优化，从而更有效地探索設計空間，找到最佳的設計方案。
提高設計效率：  VeriDistill 可以作为 EDA 工具的辅助功能，为设计人员提供有关电路品质的早期反馈。这将有助于设计人员在設計过程中尽早发现并解决潜在问题，从而减少設計错误，提高設計效率。

总而言之，将 VeriDistill 整合到现有的 EDA 工具中，将有助于加速設計迭代、优化設計空間探索、提高設計效率，从而推动芯片设计流程的自动化和智能化发展。