Published October 1, 2022 | Version v1
Publication Open

MLCAD: A Survey of Research in Machine Learning for CAD Keynote Paper

  • 1. Karlsruhe Institute of Technology
  • 2. University of Stuttgart
  • 3. Peking University
  • 4. Chinese University of Hong Kong
  • 5. The University of Texas at Austin
  • 6. University of Nebraska–Lincoln

Description

Due to the increasing size of integrated circuits (ICs), their design and optimization phases (i.e., computer-aided design, CAD) grow increasingly complex. At design time, a large design space needs to be explored to find an implementation that fulfills all specifications and then optimizes metrics like energy, area, delay, reliability, etc. At run time, a large configuration space needs to be searched to find the best set of parameters (e.g., voltage/frequency) to further optimize the system. Both spaces are infeasible for exhaustive search typically leading to heuristic optimization algorithms that find some tradeoff between design quality and computational overhead. Machine learning (ML) can build powerful models that have successfully been employed in related domains. In this survey, we categorize how ML may be used and is used for design-time and run-time optimization and exploration strategies of ICs. A metastudy of published techniques unveils areas in CAD that are well explored and underexplored with ML, as well as trends in the employed ML algorithms. We present a comprehensive categorization and summary of the state of the art on ML for CAD. Finally, we summarize the remaining challenges and promising open research directions.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

نظرًا لتزايد حجم الدوائر المتكاملة، تزداد مراحل تصميمها وتحسينها (أي التصميم بمساعدة الكمبيوتر) تعقيدًا. في وقت التصميم، يجب استكشاف مساحة تصميم كبيرة لإيجاد تنفيذ يفي بجميع المواصفات ثم يحسن المقاييس مثل الطاقة والمساحة والتأخير والموثوقية وما إلى ذلك. في وقت التشغيل، يجب البحث عن مساحة تكوين كبيرة للعثور على أفضل مجموعة من المعلمات (على سبيل المثال، الجهد/التردد) لزيادة تحسين النظام. كلا الفراغين غير قابلين للتطبيق للبحث الشامل الذي يؤدي عادةً إلى خوارزميات تحسين إرشادية تجد بعض المفاضلة بين جودة التصميم والنفقات العامة الحسابية. يمكن للتعلم الآلي (ML) بناء نماذج قوية تم استخدامها بنجاح في المجالات ذات الصلة. في هذا الاستطلاع، نقوم بتصنيف كيفية استخدام التعلم الآلي واستخدامه لاستراتيجيات تصميم الوقت وتحسين وقت التشغيل واستكشاف ICS. تكشف دراسة تفصيلية للتقنيات المنشورة عن مجالات في التصميم بمساعدة الحاسوب يتم استكشافها جيدًا واستكشافها بشكل غير كافٍ مع التعلم الآلي، بالإضافة إلى الاتجاهات في خوارزميات التعلم الآلي المستخدمة. نقدم تصنيفًا شاملاً وملخصًا لأحدث التطورات في مجال غسل الأموال للتصميم بمساعدة الحاسوب. أخيرًا، نلخص التحديات المتبقية واتجاهات البحث المفتوحة الواعدة.

Translated Description (French)

En raison de la taille croissante des circuits intégrés (CI), leurs phases de conception et d'optimisation (c.-à-d. conception assistée par ordinateur, CAO) deviennent de plus en plus complexes. Au moment de la conception, un grand espace de conception doit être exploré pour trouver une mise en œuvre qui réponde à toutes les spécifications, puis optimise des paramètres tels que l'énergie, la surface, le délai, la fiabilité, etc. Au moment de l'exécution, un grand espace de configuration doit être recherché pour trouver le meilleur ensemble de paramètres (par exemple, tension/fréquence) afin d'optimiser davantage le système. Les deux espaces sont irréalisables pour une recherche exhaustive conduisant généralement à des algorithmes d'optimisation heuristique qui trouvent un compromis entre la qualité de la conception et les frais généraux de calcul. L'apprentissage automatique (ML) peut construire des modèles puissants qui ont été utilisés avec succès dans des domaines connexes. Dans cette enquête, nous catégorisons la façon dont le ML peut être utilisé et est utilisé pour les stratégies d'optimisation et d'exploration des CI au moment de la conception et de l'exécution. Une métastase des techniques publiées dévoile les domaines de la CAO qui sont bien explorés et sous-explorés avec le ML, ainsi que les tendances des algorithmes de ML employés. Nous présentons une catégorisation complète et un résumé de l'état de l'art sur le BC pour la DAO. Enfin, nous résumons les défis restants et les orientations de recherche ouvertes prometteuses.

Translated Description (Spanish)

Debido al tamaño cada vez mayor de los circuitos integrados (CI), sus fases de diseño y optimización (es decir, diseño asistido por ordenador, CAD) se vuelven cada vez más complejas. En el momento del diseño, se debe explorar un gran espacio de diseño para encontrar una implementación que cumpla con todas las especificaciones y luego optimice métricas como energía, área, retraso, confiabilidad, etc. En tiempo de ejecución, se debe buscar un gran espacio de configuración para encontrar el mejor conjunto de parámetros (por ejemplo, voltaje/frecuencia) para optimizar aún más el sistema. Ambos espacios no son factibles para una búsqueda exhaustiva, lo que generalmente conduce a algoritmos de optimización heurística que encuentran alguna compensación entre la calidad del diseño y la sobrecarga computacional. El aprendizaje automático (ML) puede construir modelos poderosos que se han empleado con éxito en dominios relacionados. En esta encuesta, categorizamos cómo se puede usar el ML y se usa para la optimización en tiempo de diseño y tiempo de ejecución y las estrategias de exploración de los CI. Un metaestudio de técnicas publicadas revela áreas en CAD que están bien exploradas e infraexploradas con ML, así como tendencias en los algoritmos de ML empleados. Presentamos una categorización integral y un resumen del estado del arte en ML para CAD. Finalmente, resumimos los desafíos restantes y las prometedoras direcciones de investigación abiertas.

Files

09598835.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:fa28ae376f5c7416241560257e7a76b6
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
MLCAD: دراسة استقصائية للبحوث في التعلم الآلي لورقة CAD الرئيسية
Translated title (French)
MLCAD : A Survey of Research in Machine Learning for CAD Keynote Paper
Translated title (Spanish)
MLCAD: Una encuesta de investigación en aprendizaje automático para el documento principal de CAD

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3210573375
DOI
10.1109/tcad.2021.3124762

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W115883071
  • https://openalex.org/W1561478292
  • https://openalex.org/W1570540881
  • https://openalex.org/W1903029394
  • https://openalex.org/W1964564580
  • https://openalex.org/W1966218581
  • https://openalex.org/W1975844231
  • https://openalex.org/W1988383714
  • https://openalex.org/W2009653610
  • https://openalex.org/W2010952387
  • https://openalex.org/W2057596653
  • https://openalex.org/W2108598243
  • https://openalex.org/W2108873814
  • https://openalex.org/W2109255166
  • https://openalex.org/W2116341502
  • https://openalex.org/W2138209363
  • https://openalex.org/W2141125852
  • https://openalex.org/W2162977544
  • https://openalex.org/W2342717714
  • https://openalex.org/W2462906003
  • https://openalex.org/W2526509045
  • https://openalex.org/W2538780316
  • https://openalex.org/W2546571074
  • https://openalex.org/W2553320496
  • https://openalex.org/W2557927078
  • https://openalex.org/W2560467685
  • https://openalex.org/W2604938527
  • https://openalex.org/W2612563559
  • https://openalex.org/W2619632555
  • https://openalex.org/W2620931432
  • https://openalex.org/W2622863561
  • https://openalex.org/W2626889572
  • https://openalex.org/W2736295327
  • https://openalex.org/W2737725206
  • https://openalex.org/W2737795851
  • https://openalex.org/W2739564999
  • https://openalex.org/W2745235995
  • https://openalex.org/W2750396644
  • https://openalex.org/W2751894798
  • https://openalex.org/W2765811365
  • https://openalex.org/W2766163430
  • https://openalex.org/W2776520902
  • https://openalex.org/W2780024385
  • https://openalex.org/W2793449948
  • https://openalex.org/W2803151174
  • https://openalex.org/W2804151869
  • https://openalex.org/W2810394144
  • https://openalex.org/W2887995258
  • https://openalex.org/W2889669826
  • https://openalex.org/W2896499334
  • https://openalex.org/W2897519942
  • https://openalex.org/W2898122376
  • https://openalex.org/W2899885603
  • https://openalex.org/W2899979098
  • https://openalex.org/W2900015380
  • https://openalex.org/W2900070061
  • https://openalex.org/W2908925809
  • https://openalex.org/W2909697628
  • https://openalex.org/W2923018418
  • https://openalex.org/W2939908742
  • https://openalex.org/W2941951293
  • https://openalex.org/W2942091739
  • https://openalex.org/W2945381924
  • https://openalex.org/W2945759188
  • https://openalex.org/W2945802982
  • https://openalex.org/W2946116851
  • https://openalex.org/W2946349917
  • https://openalex.org/W2953611638
  • https://openalex.org/W2964309037
  • https://openalex.org/W2964399176
  • https://openalex.org/W2964578286
  • https://openalex.org/W2965079170
  • https://openalex.org/W2965149026
  • https://openalex.org/W2971516606
  • https://openalex.org/W2979854933
  • https://openalex.org/W2979967650
  • https://openalex.org/W2980002279
  • https://openalex.org/W2983785876
  • https://openalex.org/W2985765237
  • https://openalex.org/W2988416581
  • https://openalex.org/W2996794321
  • https://openalex.org/W2996864703
  • https://openalex.org/W2997143235
  • https://openalex.org/W2997579412
  • https://openalex.org/W2997948262
  • https://openalex.org/W2998169401
  • https://openalex.org/W2998290140
  • https://openalex.org/W2998417722
  • https://openalex.org/W3010488986
  • https://openalex.org/W3011227197
  • https://openalex.org/W3012124806
  • https://openalex.org/W3012412994
  • https://openalex.org/W3013474731
  • https://openalex.org/W3013719760
  • https://openalex.org/W3013899498
  • https://openalex.org/W3013938122
  • https://openalex.org/W3018195242
  • https://openalex.org/W3027658987
  • https://openalex.org/W3036696276
  • https://openalex.org/W3040114917
  • https://openalex.org/W3042482718
  • https://openalex.org/W3047863327
  • https://openalex.org/W3048563620
  • https://openalex.org/W3048899112
  • https://openalex.org/W3083181217
  • https://openalex.org/W3084745515
  • https://openalex.org/W3085005384
  • https://openalex.org/W3091070347
  • https://openalex.org/W3091727402
  • https://openalex.org/W3091933103
  • https://openalex.org/W3092027164
  • https://openalex.org/W3092072718
  • https://openalex.org/W3092098889
  • https://openalex.org/W3092166587
  • https://openalex.org/W3092618035
  • https://openalex.org/W3108107800
  • https://openalex.org/W3109998468
  • https://openalex.org/W3111377664
  • https://openalex.org/W3111433944
  • https://openalex.org/W3133413229
  • https://openalex.org/W3183370799
  • https://openalex.org/W3184128159
  • https://openalex.org/W3213031690
  • https://openalex.org/W32403112
  • https://openalex.org/W4205431832
  • https://openalex.org/W4235262418
  • https://openalex.org/W4235431331
  • https://openalex.org/W4246483360
  • https://openalex.org/W4248775335
  • https://openalex.org/W4252327938
  • https://openalex.org/W4298168912