Anthropic 测试 Claude 设计真实电子硬件：三款设备原型一次成型

大约一年前，我们开始测试 Claude 设计基础电子电路的能力。我们与 Diode Computers 合作，¹这家公司设计和制造电路板，我们用它来训练 Claude 完成简单任务——例如，阅读芯片的数据手册，并弄清楚芯片运行需要哪些部件。当时我们试验的模型无法可靠地布局电路板；它们也难以设计出能够相互配合的组件。现在，Claude 能够从头到尾设计和制作电子硬件的原型。

设计电子设备需要处理许多复杂的步骤和实际约束。你不仅要设计和仿真电路板，还要推理电路板的物理布局及其行为方式，对机械组件建模，并编写固件——同时还要跟踪哪些部件容易获得，以及工厂具备什么样的生产能力。

为了了解更新的 Claude 模型在这一领域的进步，我们再次与 Diode 合作，这次让 Claude Fable 5.2 设计三款电子设备：免提扬声器、语音助手中枢和手持虚拟宠物。只需极少的提示，Claude 就能运用几何推理来布局每块电路板，预判制造约束，并确保其设计能在这些约束下正常工作。它修改了自己的工作，在计算机辅助设计（CAD）软件中为设计建模，最后指导人类工程师制作出无需对电路做任何修复就能工作的原型。

对于每个设计，我们首先给 Claude 一个简单的提示，概述要构建的设备类型及其主要硬件要求。例如，免提扬声器的提示要求“一个通过 USB-C 插入电脑的圆盘形设备，包含麦克风和扬声器，支持带 PCB 天线的蓝牙。”Claude 随后编写了设备规格，绘制了清晰的视觉原理图，选择了组件在印刷电路板（PCB）上的放置位置，布线了它们之间的铜连接，设计了可 3D 打印的外壳，编写了固件，并准备了物料清单。Diode 在 Claude 的指导下组装了电路板并运行了固件。最终结果是一个免提扬声器原型，在使用数周后仍然正常工作。

Claude 经历了类似的过程来构建语音助手中枢和虚拟宠物，两者也仍然处于良好的工作状态。由于这些设备是早期原型，我们尚不知道它们在持续使用下的表现如何，也不知道它们能否通过商业认证。

通过几何问题进行推理

Fable 5.2 与我们早期测试中使用的模型之间最实质性的差异，在于 Fable 5.2 对复杂几何问题的推理能力，例如在电路板上放置组件的位置，以及如何布线它们之间的铜连接。

早期的模型难以决定如何安排基本元件——例如，把支撑部件放得离它们所服务的芯片太远，或者连接器方向错误。相比之下，Fable 5.2 生成的布局更紧凑、更实用。它优先布线最重要的连接：那些传输高速信号或大电流、或对噪声敏感的连接。例如，对于语音助手中枢，Claude 首先布线 USB 和以太网连接，这些连接通过成对的走线——电路板上的细铜条——传输信号。它一次布线一对走线，保持每对中两条走线长度相同且间距正确。它还添加了调谐图案——使走线变长以便信号同时到达的小锯齿形——并安排电源的各个部分以提高效率。

为了展示 Fable 5.2 在电路板布局方面比早期模型好多少，我们让 Diode 运行 PCB Gym——一个内部基准测试，根据模型在移除布局的电路板设计上放置元件和重新布线连接的能力来评分。Fable 5.2 在该基准测试中得分 69%，而 Fable 5 为 25%（图 2）。它在 BenchCAD 2.1 上也表现更好，这是一个公开基准测试，测试模型能否根据工程图纸和渲染图像重建 3D 零件、装配体和电路板。Fable 5.2 得分 83.5%，几乎是其前身 Claude Fable 5.1 得分的两倍。

修改设计

早期模型在设计 PCB 布局时很少修改自己的工作，即使很明显它们的放置选择永远无法完成连接布线。在过去一年里，Diode 用这些模型设计了许多电路板，完成度达到 95% 但仍不可用。

当 Claude 注意到它的某个设计不奏效时，它会主动改变方向，无需提示。例如，在设计免提电话的电路板（有四层铜）时，它把信号重新分配到两个芯片的不同引脚上。这使得免提电话触摸感应控件下方的走线可以保持在单层上而不会相互交叉。后来，当电路板背面变得过于拥挤时，Claude 交换了可互换引脚上的信号，并重新布局了电路板的整个角落，而不是用额外的层间跳线来修补问题。

在语音助手中枢的设计文件中放置走线时，Claude 注意到铜连接“变得太乱，无法目视追踪”，并推理道：“我应该把这些走线[轨道]撕掉，重新开始。”它随后删除并重新布线铜连接数十次，直到找到可行的排列。

使用软件和文档

当某个设备的设计决策取决于特定零件的细节时，Claude 经常查阅该零件的数据表——制造商发布的技术文档。当被问及手持宠物在没有电池的情况下能否工作时，Claude 阅读了充电器的数据表，并回答说它可以靠 USB 供电运行，但预测充电指示灯会闪烁，因为充电器会不断给替代电池的小电容充电。²

为了在语音助手中枢上布线，Claude 从 Diode 提供的设计软件入手，该软件让它能够运行 KiCad 内置的布线器（一种用于绘制走线的工具），KiCad 是一款广泛使用的电路板设计程序。KiCad 的布线器一次只能在 Claude 选定的两点之间绘制一条走线。但该中枢有从 100 针连接器引出的长走线，Claude 判断逐条布线将需要过多的逐步指导。

于是，Claude 编写了自己的布线器：一种将电路板划分为网格并搜索网格、为每条走线找到清晰路径的算法。在大约半小时内，Claude 就有了一个布线器，可以大约一秒布好每条长走线。当 Claude 发现一条音频时钟走线离以太网走线太近时，它调整了布线器，在敏感走线周围留出更多空间。

跟踪约束条件与下游影响

设计中某一部分做出的决策会产生下游影响，Claude 对此进行了跟踪。在设计每个设备的外壳时，它编写代码来检查电路板的 3D 模型能否装入外壳内而不会发生任何元件碰撞。例如，它发现扬声器电话的电路板无法直接向下放入外壳，因为静音开关会撞到后壁。Claude 算出，如果在安装时倾斜约 25 度，电路板就能装进去。它在 3D 模型中测试了这一点，并将该步骤加入了装配说明。

在设计语音助手中枢的外壳时，Claude 计算出 25 毫米长的麦克风端口——让声音到达麦克风的开口——会在接近 3.4 kHz 处产生共振。它推断，这“正好位于语音频段内”，“虽不理想，但对语音助手用途仍可使用。更好的方案是采用后部较高、前部阶梯式降低的楔形外壳。”楔形设计将端口缩短至约 10 毫米，从而将共振频率提高到约 8.9 kHz，正好处于语音所用频段的边缘。Claude 还为扬声器电话编写了固件，在音频变响时调暗其 LED 灯环，以使设备保持在 Claude 为电路板设计的电流限制之内。

面向真实世界制造的设计

在电子设计中，工程师必须在现实世界的约束内工作。也就是说，他们必须确保工厂确实能够制造出他们想要构建的东西。他们通过运行两类检查来做到这一点：可制造性设计（DFM）检查，将电路板的几何形状与工厂的制造限制进行比较；以及采购检查，确认其分销商有零件库存。

Claude 自己运行了这些检查，并将结果分为需要修复的问题和可以忽略的标记。它对语音助手中枢的检查标记出六处阻焊层（电路板上的保护涂层）薄片过薄而无法制造。Claude 通过加宽阻焊层中的开口来修复它们，而没有移动任何零件。检查还将两个地（电流的共享回流路径）之间的连接标记为错误，因为自动检查器没有识别出该连接是有意为之。Claude 正确地推断出它不会影响性能，并忽略了该标记。

Diode 直接依据 Claude 的设计文件制造了全部三块电路板，没有就调整进行任何来回沟通。工厂和工程师通常需要经历多轮制造变更，而 Diode 团队告诉我们，他们惊讶地发现使用 Claude 时无需这样做。

局限性与后续步骤

这三款设备都仍是原型：它们尚未经过电气验证、天线调谐、热测试或认证，也不是为量产而设计的。由于 Claude 并未连接测试设备或制造和组装电路板的机器，Diode 的工程师不得不亲手搭建并测试这些原型。即便如此，在过去一年里，Claude 在元件布局与布线决策的推理方面已有大幅提升，现在它能在极少人工指导下设计电子产品，并帮助人们搭建原型。其他模型也在这一领域取得进展：OpenAI 最近撰文介绍了使用其模型设计一款手持设备的情况。这类工作有望帮助工程师更快地构建和测试新的硬件设计。

接下来，我们计划研究 Claude 能否设计更密集、更快速、更复杂的电路板，在仿真中对其进行检查，并从成品设备上采集的测量数据中学习。

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