基於大型語言模型的電路網表到電路圖轉換工具：Schemato

Q: Schemato 如何處理包含模擬和數字組件的混合信號電路的網表？

目前，Schemato 的訓練數據集主要由模擬電路組成，缺乏對混合信號電路的明確處理。儘管 Schemato 的設計目標是通用性，能夠處理任何遵循標準網表語法的電路，但對於包含數字組件的混合信號電路，其性能尚未經過充分驗證。 為了更好地處理混合信號電路，以下幾個方向值得探索： 數據集擴充: 收集大量包含模擬和數字組件的混合信號電路網表和電路圖數據，用於訓練和評估 Schemato。 特定語法處理: 研究數字電路網表的語法特點，例如 HDL 語言，並針對性地調整 Schemato 的 prompt 或微調策略，使其更好地理解和處理數字電路部分。 分層設計: 探索將混合信號電路分解成模擬和數字子電路，分別生成電路圖，最後再合併成完整電路圖的方法。

Q: 雖然 Schemato 在生成電路圖方面表現出色，但評估其在實際電路設計工作流程中的實用性也很重要。與傳統的基於 EDA 工具的方法相比，使用 Schemato 的優缺點是什麼？

與傳統基於 EDA 工具的方法相比，使用 Schemato 的優缺點如下： 優點: 自動化: Schemato 能夠自動從網表生成電路圖，節省了工程師手動繪製電路圖的時間和精力，提高了設計效率。 可解釋性: 對於由機器學習模型生成的電路網表，Schemato 可以將其轉換為人類可理解的電路圖，幫助工程師更好地理解電路結構和功能。 通用性: Schemato 基於 LLM 開發，理論上可以處理任何遵循標準網表語法的電路，不受限於特定 EDA 工具或電路類型。 缺點: 數據依賴: Schemato 的性能很大程度上取決於訓練數據集的質量和多樣性。對於未見過的電路結構，其生成電路圖的準確性可能會有下降。 佈局和美觀: 目前 Schemato 主要關注電路圖的拓撲結構，對於電路圖的佈局和美觀程度考慮不足，生成的電路圖可能不如人工繪製的美觀。 與 EDA 工具的集成: Schemato 生成的電路圖需要進一步導入到 EDA 工具中進行模擬和分析，目前與 EDA 工具的集成還不夠完善。

Q: 如果將 Schemato 的功能擴展到電路設計的其他方面，例如組件放置和佈線，會產生什麼影響？

將 Schemato 的功能擴展到組件放置和佈線，將對電路設計自動化產生深遠影響： 端到端電路設計: 結合網表生成、電路圖繪製、組件放置和佈線等功能，Schemato 有望實現從電路功能描述到電路版圖設計的端到端自動化流程，大大縮短設計週期。 探索更廣闊的設計空間: 自動化電路設計流程可以讓工程師從繁瑣的手動操作中解放出來，將更多精力投入到電路架構設計和性能優化上，探索更廣闊的設計空間。 降低設計門檻: 自動化工具可以降低電路設計的門檻，讓更多人參與到電路設計中來，促進電路設計領域的發展。 然而，實現這些目標也面臨著巨大的挑戰： 複雜性: 組件放置和佈線是高度複雜的任務，需要考慮電路性能、面積、功耗等多種因素，現有的 LLM 技術還難以完全勝任。 數據需求: 訓練數據的缺乏是制約電路設計自動化發展的重要瓶頸，需要開發新的數據獲取和增強方法。 與 EDA 工具的協同: 電路設計自動化工具需要與現有的 EDA 工具鏈緊密集成，才能真正應用於實際的電路設計流程。 總之，將 Schemato 的功能擴展到組件放置和佈線具有巨大的潛力和挑戰，需要不斷探索和創新，才能最終實現電路設計的完全自動化。

核心概念

Schemato 是一種針對電路網表到電路圖轉換任務進行微調的大型語言模型 (LLM)，旨在提高基於機器學習的類比電路合成的可解釋性和實用性。

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簡介
本文介紹了 Schemato，這是一種針對電路網表到電路圖轉換任務進行微調的大型語言模型 (LLM)。隨著機器學習 (ML) 在類比電路設計中的應用日益增多，將 ML 生成的網表轉換為人類可理解的電路圖對於設計理解、故障排除和開發至關重要。Schemato 旨在自動執行此轉換過程，從而提高基於 ML 的類比電路合成的可解釋性和實用性。
Schemato 的方法
Schemato 的核心是一個 LLM，該模型使用人工創建的網表-電路圖對數據集進行微調。其開發重點關注三個關鍵組成部分：

**任務定義：**構建定義網表到電路圖轉換任務的提示。
**通過上下文進行指導：**在提示中加入少量或上下文示例，以指導模型。
**微調：**使用專門的網表-電路圖對數據集調整模型。
Schemato 支持兩種不同的電路圖生成格式：

**LTSpice (.asc)：**與 LTSpice 電路圖生成工具兼容的腳本。
**CircuitTikz (LATEX)：**使用 CircuitTikz 庫為 LATEX 文檔生成電路圖的代碼。

實驗結果
在使用 LTSpice 和 CircuitTikz 數據集進行的實驗中，Schemato 的表現優於最先進的 LLM，包括 Llama-3.1-8B 和 GPT-4o。具體來說，Schemato 在網表到 LATEX 轉換任務中，在所有指標（包括文本相似度、編譯成功率和圖像相似度）上均取得了顯著優於基準模型的結果。對於網表到 .asc 轉換任務，Schemato 在圖像相似度得分 (MSSIM) 方面也優於所有其他模型。
結論與未來方向
Schemato 是一種很有前景的工具，可用於從網表生成人類可理解的電路圖，從而增強基於 ML 的類比電路設計的可解釋性和實用性。未來的改進方向包括使用額外的電路和先進的數據增強技術來豐富數據集，以及探索將大型電路分解成更小的子電路以提高模型處理複雜設計的能力。此外，還需要研究更強大的基於圖形的評估指標，以更準確地評估生成的電路圖的拓撲結構。

統計資料

Schemato 在網表到 LATEX 轉換任務中實現了高達 93% 的編譯成功率，而最先進的 LLM 的成功率不超過 26%。
Schemato 生成的電路圖的平均結構相似性指標 (MSSIM) 比表現最佳的 LLM 高 3 倍。
訓練後的 Schemato 模型在單個 NVIDIA Ada-6000 GPU 上實現了約 23 個詞元/秒的推理速度。
該研究使用了包含 2,712 個不同電路的自定義數據集對 Schemato 進行微調，並通過數據增強技術將其擴展至 12,974 個訓練樣本。

從以下內容提煉的關鍵洞見

Schemato -- An LLM for Netlist-to-Schematic Conversion

by Ryoga Matsuo... 於 arxiv.org 11-22-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.13899.pdf

Schemato -- An LLM for Netlist-to-Schematic Conversion

深入探究

Schemato 如何處理包含模擬和數字組件的混合信號電路的網表？

目前，Schemato 的訓練數據集主要由模擬電路組成，缺乏對混合信號電路的明確處理。儘管 Schemato 的設計目標是通用性，能夠處理任何遵循標準網表語法的電路，但對於包含數字組件的混合信號電路，其性能尚未經過充分驗證。
為了更好地處理混合信號電路，以下幾個方向值得探索：

數據集擴充: 收集大量包含模擬和數字組件的混合信號電路網表和電路圖數據，用於訓練和評估 Schemato。
特定語法處理:  研究數字電路網表的語法特點，例如 HDL 語言，並針對性地調整 Schemato 的 prompt 或微調策略，使其更好地理解和處理數字電路部分。
分層設計:  探索將混合信號電路分解成模擬和數字子電路，分別生成電路圖，最後再合併成完整電路圖的方法。

雖然 Schemato 在生成電路圖方面表現出色，但評估其在實際電路設計工作流程中的實用性也很重要。與傳統的基於 EDA 工具的方法相比，使用 Schemato 的優缺點是什麼？

與傳統基於 EDA 工具的方法相比，使用 Schemato 的優缺點如下：
優點:

自動化:  Schemato 能夠自動從網表生成電路圖，節省了工程師手動繪製電路圖的時間和精力，提高了設計效率。
可解釋性:  對於由機器學習模型生成的電路網表，Schemato 可以將其轉換為人類可理解的電路圖，幫助工程師更好地理解電路結構和功能。
通用性:  Schemato 基於 LLM 開發，理論上可以處理任何遵循標準網表語法的電路，不受限於特定 EDA 工具或電路類型。
缺點:

數據依賴:  Schemato 的性能很大程度上取決於訓練數據集的質量和多樣性。對於未見過的電路結構，其生成電路圖的準確性可能會有下降。
佈局和美觀:  目前 Schemato 主要關注電路圖的拓撲結構，對於電路圖的佈局和美觀程度考慮不足，生成的電路圖可能不如人工繪製的美觀。
與 EDA 工具的集成:  Schemato 生成的電路圖需要進一步導入到 EDA 工具中進行模擬和分析，目前與 EDA 工具的集成還不夠完善。

如果將 Schemato 的功能擴展到電路設計的其他方面，例如組件放置和佈線，會產生什麼影響？

將 Schemato 的功能擴展到組件放置和佈線，將對電路設計自動化產生深遠影響：

端到端電路設計:  結合網表生成、電路圖繪製、組件放置和佈線等功能，Schemato 有望實現從電路功能描述到電路版圖設計的端到端自動化流程，大大縮短設計週期。
探索更廣闊的設計空間:  自動化電路設計流程可以讓工程師從繁瑣的手動操作中解放出來，將更多精力投入到電路架構設計和性能優化上，探索更廣闊的設計空間。
降低設計門檻:  自動化工具可以降低電路設計的門檻，讓更多人參與到電路設計中來，促進電路設計領域的發展。
然而，實現這些目標也面臨著巨大的挑戰：

複雜性:  組件放置和佈線是高度複雜的任務，需要考慮電路性能、面積、功耗等多種因素，現有的 LLM 技術還難以完全勝任。
數據需求:  訓練數據的缺乏是制約電路設計自動化發展的重要瓶頸，需要開發新的數據獲取和增強方法。
與 EDA 工具的協同:  電路設計自動化工具需要與現有的 EDA 工具鏈緊密集成，才能真正應用於實際的電路設計流程。
總之，將 Schemato 的功能擴展到組件放置和佈線具有巨大的潛力和挑戰，需要不斷探索和創新，才能最終實現電路設計的完全自動化。