Ein kurzer Blick auf die heutige Halbleiterlandschaft zeigt, dass der Sektor von wenigen Akteuren dominiert wird, wodurch das Design maßgeschneiderter Chips zu einem Bereich mit extrem hohen Kosten und langen Entwicklungszeiten wird. Tatsächlich erfordert das Design eines hochentwickelten AI-System-on-Chip (SoC) heutzutage leicht mehrere hundert Millionen Dollar sowie jahrelange Forschung und Entwicklung. Eine Analyse schätzt, dass die Entwicklung eines großen 2-nm-Chips bis zu 725 Millionen US-Dollar kosten kann, während selbst ein „relativ anspruchsvolles“ 5-nm-SoC deutlich über 500 Millionen US-Dollar kosten kann.
ChipForge, das weltweit erste dezentrale Chip-Design-Projekt, angetrieben durch das TATSU-Ökosystem, hat sich zum Ziel gesetzt, dieses Muster zu durchbrechen, indem es den Bereich des Chip-Designs einer globalen Gemeinschaft von Mitwirkenden öffnet – hauptsächlich durch die Verbindung von Blockchain-ähnlichen Anreizen mit Open-Source-Hardware (wodurch die Chip-Entwicklung zu einem wettbewerbsorientierten, aber dennoch kollaborativen Spiel wird).
Als Teil seines Kernangebots können „Miner“ Hardware-Designs für definierte Herausforderungen einreichen, woraufhin Peer-Validatoren industrielle EDA-Tools (Electronic Design Automation) nutzen können, um Funktionalität, Timing, Stromverbrauch und Fläche zu überprüfen. Das Ergebnis ist ein Crowdsourcing-Innovationsmarktplatz, auf dem Ingenieure weltweit gemeinsam Open-Source-Chip-Komponenten entwickeln und verfeinern können.
Noch entscheidender ist, dass dieser vernetzte Ansatz das „Edge AI“-Problem adressiert, bei dem Geräte von Smartphones bis hin zu IoT-Sensoren zunehmend nach intelligenteren, effizienteren AI-Chips suchen.
Dezentral durch Design
Im Kern bietet ChipForge ein blockchain-basiertes Subnetz (Subnet SN84 auf Bittensor), das es Minern ermöglicht, im Design echter Siliziumkomponenten zu konkurrieren. Praktisch bedeutet dies, dass die Plattform periodisch Herausforderungen ausgibt (zum Beispiel einen ALU-Block oder einen neuronalen Beschleuniger), für die interessierte Teilnehmer Spezifikationen herunterladen und RTL-Designs (Verilog) einreichen können.
Validatoren, ausgestattet mit containerisierten EDA-Toolchains (Verilator, Yosys, OpenLane), können anschließend jede Einreichung synthetisieren, simulieren und Platzierung sowie Verdrahtung durchführen, wobei standardisierte Metriken für Funktionalität, Leistung, Fläche und Stromverbrauch berechnet werden (nur das bestbewertete Design erhält Belohnungen in Form von Alpha-Token).
Dadurch garantiert ChipForge globale Zugänglichkeit, sodass jeder qualifizierte Entwickler an einer Herausforderung teilnehmen und ein neues Chip-Modul entwerfen kann – und damit die geografischen und institutionellen Barrieren traditioneller Silizium-Forschung und -Entwicklung durchbricht. Und da jede Einreichung nach identischen Kriterien bewertet wird, kommen nur wirklich optimierte Designs weiter.
Die Ergebnisse sprechen für sich
Obwohl noch jung, hat ChipForge bereits beeindruckende Meilensteine erreicht. Der erste große Erfolg des Netzwerks war die Fertigstellung eines vollständigen RISC-V-Prozessorkerns mit kryptografischen Fähigkeiten. Dieser beinhaltete eine Basis-32-Bit-Integer-ISA sowie M- (Multiplikation/Division), C- (komprimierte Instruktionen) und K- (Krypto-)Erweiterungen (einschließlich integrierter AES-Verschlüsselung/Entschlüsselung und SHA-Hashing).
Darüber hinaus hat das Projekt auch erfolgreich eine robuste Entwicklungsinfrastruktur aufgebaut. Das Team hat kürzlich eine „produktionsreife Plattform zur Unterstützung der gleichzeitigen Ausführung von Herausforderungen“ und containerisierte EDA-Server bereitgestellt, um sicherzustellen, dass alle Designs durch industrieweit anerkannte Pipelines laufen.
Wichtig ist, dass die Tokenomics von ChipForge nur die besten Designs belohnen, sodass Mining-Teams gezwungen sind, sich auf schlanke und effiziente Lösungen zu konzentrieren – ein Ethos, das eine Community-First-Designschleife hervorgebracht hat.
Beschleunigung der ‘Edge-AI’-Innovation
Der Zeitpunkt des Auftretens von ChipForge könnte kaum besser sein, da die Nachfrage nach Edge AI (also Technologien, bei denen Machine-Learning-Algorithmen direkt auf dem Gerät verarbeitet werden) auf beeindruckende 733 Milliarden US-Dollar gestiegen ist. Selbst führende Cloud- und Geräteunternehmen setzen auf maßgeschneiderte Siliziumlösungen, wobei Google, Amazon, Microsoft und NVIDIA offene ISAs übernommen haben.
Für Milliarden von edge-fähigen Smartphones, Wearables, autonomen Robotern und Kameras hat ChipForge damit anhaltende Probleme hinsichtlich Energieeffizienz und Latenz adressiert und bereitet sich gleichzeitig auf ehrgeizigere Ziele in naher Zukunft vor. Zunächst plant das Unternehmen, Designs von FPGA-Prototypen auf echtes Silizium zu übertragen (unter Nutzung von Programmen wie Googles OpenMPW-Shuttles) und seine Sicherheitsfunktionen in die Post-Quanten-Ära zu erweitern.
Bis zu diesem Punkt hat der aktuelle RISC-V-Kern bereits wichtige Krypto-Funktionen (AES, SHA) integriert, wobei das Team plant, in zukünftigen Designs quantensichere Verschlüsselung hinzuzufügen. Da der Verkauf von AI-Chips in den nächsten drei Jahren jährlich um mehr als 15% steigen wird, könnte das Modell von ChipForge sehr wohl zur „Heimat“ der nächsten Generation von On-Device-AI-Prozessoren werden und damit die Lücke zwischen der laufenden Open-Source-Bewegung und dem neuesten Stand der Siliziumtechnologie schließen. Spannende Zeiten stehen bevor!
