Anthropic 测试 Claude Fable 5.2 端到端设计三种电子设备并制作可用原型
Testing Claude on real-world electronics design
Anthropic 与 Diode Computers 合作，让 Claude Fable 5.2 从简单提示词出发完成免提音箱、语音助手中枢和电子宠物三种设备的设计，包括 PCB 布局、CAD 建模、固件编写和 DFM 检查，三块电路板直接由工厂按设计文件制造，原型经数周使用仍正常工作。
Anthropic 一手给出 Claude Fable 5.2 从原理图到可用原型的完整硬件设计过程和基准对比，可据此评估 AI 在电子设计上的实际进展。
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，这家公司专门设计和制造电路板。我们用它来训练 Claude 完成一些简单任务，比如阅读芯片的数据手册，并弄清楚芯片需要哪些外围元件才能工作。当时我们试验的模型还不能可靠地完成电路板布局，在设计相互匹配的元件时也很吃力。而现在，Claude 已经能够从头到尾设计和制作电子硬件原型。
设计一台电子设备需要经历许多复杂步骤，还要应对各种实际约束。你不仅要设计和仿真电路板，还要考虑电路板的物理布局和实际表现，对机械部件建模，编写固件，同时还要随时掌握哪些元器件容易采购、工厂具备怎样的生产能力。
为了解新版 Claude 模型在这方面进步了多少，我们再次与 Diode 合作，这次让 Claude Fable 5.2 设计三款电子设备：一台免提扬声器、一个语音助手中枢和一只掌上虚拟宠物。只需极少的提示词，Claude 就能运用几何推理完成每块电路板的布局，预判制造约束，并确保设计方案在约束范围内可行。它会自行修改设计，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原型——这些原型的电路无需任何修改就能正常工作。
每个设计都从一条简单的提示词开始，我们只说明要造什么设备、主要硬件要求是什么。以扬声器的提示词为例，我们要求的是“一个通过 USB-C 连接电脑的圆盘形设备，内置麦克风和扬声器，支持蓝牙并配有 PCB 天线”。随后 Claude 编写设备规格、绘制清晰的原理图、确定元器件在印刷电路板（PCB）上的位置、布线连接各元器件的铜走线、设计可 3D 打印的外壳、编写固件，并整理出物料清单。Diode 在 Claude 的指导下组装电路板并运行固件。最终做出来的扬声器原型经过数周使用仍然正常工作。
Claude 用类似的流程造出了语音助手中枢和虚拟宠物，这两款设备目前也都运行良好。不过它们只是早期原型，我们还不知道长期使用后表现如何，也不知道能否通过商业认证。
根据 Claude 的设计造出的三款设备，从左到右依次是：电池供电的掌上宠物、家用语音助手中枢和 USB 扬声器。Claude 为每一款设计了电子部分和外壳，并编写了固件。
用几何推理解决问题
Fable 5.2 与我们在早期测试中使用的模型相比，最大的差别在于它解决复杂几何问题的能力，比如元器件在电路板上怎么摆放、元器件之间的铜走线怎么布。
此前的模型一直难以决定如何安排基本元件——比如把支撑部件放得离它们所服务的芯片太远，或者连接器方向装反。相比之下，Fable 5.2 生成的布局更紧凑、更实用。它会优先布设最重要的连接：传输高速信号或大电流的，以及对噪声敏感的。例如，在设计语音助手中枢时，Claude 先布设 USB 和以太网连接，这类连接通过成对的走线传输信号——走线是电路板上细长的铜条。它一次布设一对走线，让每对中的两条走线长度一致、间距正确。它还加入了调谐图形——细小的锯齿状走线，用来延长某条走线，使信号同时到达——并安排电源各部分的位置以提高效率。
为了展示 Fable 5.2 在电路板布局上比早期模型强多少，我们让 Diode 跑了 PCB Gym——这是一个内部基准测试，根据模型在已移除布局的电路板设计上放置元件和重新布线的表现打分。Fable 5.2 在该基准上得分 69%，而 Fable 5 只有 25%（图 2）。它在 BenchCAD 2.1 上表现也更好，这是一个公开基准，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%，几乎是其前代 Claude Fable 5.1 的两倍。
近期前沿模型在 Diode PCB Gym 上的得分与 API 总成本的对照图。该基准要求模型在已移除布局的电路板上放置元件并布设连接。
修改设计
早期模型在设计 PCB 布局时很少修改自己的作品，即使已经明显看出它们选的布局永远无法完成连接布设。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%，却仍然无法使用。
当 Claude 发现自己的某个设计行不通时，它会主动改变思路，无需外部提示。例如，在设计扬声器电话的电路板（有四层铜）时，它把信号重新分配到两颗芯片的不同引脚上。这样一来，扬声器电话触摸控制下方的走线就能保持在同一层，彼此不交叉。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，并重新布设了电路板的一整个角落，而不是用额外的层间跳线来打补丁。
在为语音助手中枢的设计文件布设走线时，Claude 注意到铜连接“变得太乱，无法用肉眼追踪”，并推理道：“我应该把这些走线[铜连接]全部拆掉，重新开始。”它随后删除并重新布设铜连接数十次，直到找到可行的方案。
Claude 重新整理连接前后，语音助手集线器的布线对比。左图：麦克风的电源走线（蓝线）在声音端口处绕过接地环，一条正面走线（红线）横穿该环，一个过孔——连接各层铜箔的小孔——被放在麦克风的焊盘之间。右图：Claude 重新布线后的同一区域，接地环干净且已接地。Claude 重做左图版本的理由是：“在底部端口 MEMS 麦克风下方这样放置有风险，即使间隙在技术上没问题，所以我想为两个相同的麦克风封装把局部布线干净地重做一遍。”
使用软件和文档
当某个设备的设计决策取决于特定元件的细节时，Claude 常常查阅该元件的数据手册——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手册，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位置的小电容反复充电。2
为了给语音助手集线器布线，Claude 从 Diode 提供的设计软件入手，该软件让它能运行 KiCad 内置的布线器（一种绘制走线的工具），KiCad 是一款广泛使用的电路板设计程序。KiCad 的布线器在 Claude 选定的两点之间一次只画一条走线。但这个集线器有从 100 针连接器引出的长走线，Claude 判断逐条布线需要太多逐步指导。
于是 Claude 自己写了一个布线器：一种把电路板划分成网格并搜索网格、为每条走线找到畅通路径的算法。大约半小时内，Claude 就有了一个布线器，能在约一秒内布好每条长走线。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。
跟踪约束条件和下游影响
设计中某一部分做出的决策会产生下游影响，Claude 会跟踪这些影响。在设计每个设备的外壳时，它编写代码来检查电路板的 3D 模型能否装入外壳而不发生任何元件碰撞。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，如果在安装时把电路板倾斜约 25 度就能装进去。它在 3D 模型中测试了这一点，并把该步骤加入了装配说明。
在设计语音助手集线器的外壳时，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“正好落在语音频段内”，“虽不理想，但对语音助手用途仍可用。更好的方案是采用后部高、前部阶梯式降低的楔形外壳。”楔形设计把端口缩短到约 10 毫米，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，让 LED 灯环随音频变响而变暗，以使设备保持在 Claude 为电路板设计的电流限制之内。
Claude 为家用语音助手中枢所做的设计以及最终完成的原型。Claude 编写了代码，用 CAD 为外壳建模、完成电路板布局，并编写了固件。
面向真实制造的设计
在电子设计中，工程师必须在现实世界的约束下工作，也就是要确保工厂真的能造出他们想造的东西。为此他们会做两类检查：可制造性设计（DFM）检查，把电路板的几何形状与工厂的制造极限做比对；以及采购检查，确认分销商手头有这些元器件现货。
Claude 自己跑了这些检查，并把结果分成两类：需要修复的问题，以及可以忽略的提示。在对语音助手中枢的检查中，它标出了六处阻焊层（电路板上的保护涂层）过薄、无法制造。Claude 通过加宽阻焊层开口修复了这些问题，且没有移动任何元件。检查还把一个两个地（电流的共用回流路径）之间的连接标为错误，因为自动检查器没有识别出这个连接是刻意为之。Claude 正确判断出这不会影响性能，于是忽略了该提示。
Diode 直接依据 Claude 的设计文件制造了全部三块电路板，中间没有就调整来回沟通。工厂和工程师通常要经历多轮制造变更，Diode 团队告诉我们，他们很惊讶这次和 Claude 合作竟然不需要这样做。
扬声器电话的四层铜层。虚线圆圈标出的是触摸轮，那里的铜电极负责感知用户的手指。把一条走线从一层移到另一层需要在板上钻孔，而在触摸轮下方，这个孔会穿过一个电极。为避免这一点，Claude 让触摸轮下方的每条信号走线都保持在单一层上，并选择了芯片的引脚分配，使这些走线无需彼此交叉。它还让蓝牙天线（顶部的锯齿形结构）周围的区域在每一层上都避开其他铜和孔，以免附近的金属削弱信号。
语音助手中枢的四层铜层。Claude 在电源层（绿色）加了两块接地铜区，正好位于板背面大多数传输高速信号的走线正后方。这为信号提供了就近的回流路径，有助于减少干扰。
扬声器电话的电路板无法直接向下放入外壳，因为静音开关的旋钮会撞到后壁（红色）。Claude 想出了以约 25 度倾斜装入、再转平的办法，并把这一步加进了装配说明。
局限与下一步
这三款设备目前都还是原型机：没有经过电气验证、天线调校、热测试或认证，也不是为量产而设计的。由于 Claude 并未接入测试设备，也没有连到制造和组装电路板的机器上，Diode 的工程师只能亲手搭建并测试这些原型。即便如此，过去一年里 Claude 在元器件布局与走线决策上的推理能力已有明显提升，如今它能在极少人工指导下设计电子设备，并帮助人们做出原型。其他模型也在这一方向上取得进展：OpenAI 最近发文介绍了如何用自家模型设计一款手持设备。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，并从成品设备的实测数据中学习。
来源：Anthropic：Research · anthropic.com