斬獲“卡脖子”領(lǐng)域世界冠軍！這支華科戰(zhàn)隊(duì)全網(wǎng)刷屏，平均年齡24歲
楊凈 博雯 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI
首戰(zhàn)即全球冠軍，平均年齡僅24歲。
還是在被譽(yù)為“芯片之母”的EDA領(lǐng)域獲此榮譽(yù)。
來自華中科技大學(xué)的一支團(tuán)隊(duì)全網(wǎng)刷屏了！
EDA，也叫做電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，是我國“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)之一。
這么說吧，如果沒有EDA應(yīng)用軟件，壓根連芯片都設(shè)計(jì)不出來，更不用說之后的芯片制造和封裝。
此番，華科團(tuán)隊(duì)是在EDA領(lǐng)域國際會(huì)議ICCAD 2021上，獲得了CAD Contest布局布線（Routing with Cell Movement Advanced）算法競(jìng)賽的第一名。
后生可畏，又是在如此受到關(guān)注的領(lǐng)域，也難怪有網(wǎng)友感慨：
來看看這究竟是怎么一回事。
EDA“芯片之母”
先來了解一下EDA。
EDA，全稱Electronic Design Automation（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化），包括邏輯設(shè)計(jì)、電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真、性能分析到設(shè)計(jì)PCD版圖一整套自動(dòng)化流程。
這也決定了EDA不單是一個(gè)或兩個(gè)軟件，而是涉及近百種不同技術(shù)，涵蓋多種“點(diǎn)工具”的軟件工具集群。
放眼整個(gè)行業(yè)，EDA是芯片設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)，同樣也是芯片產(chǎn)業(yè)鏈上最上游的一環(huán)。
其重要程度被不少媒體評(píng)價(jià)到“誰掌握了EDA，誰就有了芯片領(lǐng)域的主導(dǎo)權(quán)。”作為倒金字塔的最底層，百億美金的EDA市場(chǎng)足以支撐起萬億美金的電子產(chǎn)業(yè)。
在EDA出現(xiàn)之前，設(shè)計(jì)人員必須手工完成集成電路的設(shè)計(jì)、布線等工作。
但隨著芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度提升，單是晶體管數(shù)量動(dòng)輒就是幾十上百億，再加上計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，流程自動(dòng)化也就成為了剛需。
發(fā)展至今，全球已然形成三巨頭競(jìng)爭(zhēng)格局，分別是Synopsys（新思科技）、Cadence（鏗騰電子）、Mentor（明導(dǎo)國際），三者共占超過80%的全球份額。
作為后來者，國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展如何？
就拿目前國內(nèi)最具代表性、也是早期成立的公司之一——華大九天來說。主要產(chǎn)品包括模擬電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具系統(tǒng)、數(shù)字電路設(shè)計(jì)EDA工具等EDA工具軟件。
去年全年其市場(chǎng)份額占國內(nèi)EDS市場(chǎng)約6%，是國內(nèi)第四大EDA企業(yè)，且居本土EDA企業(yè)首位。前段科創(chuàng)板首發(fā)過會(huì)，成國內(nèi)EDA第一股。
可以看到的是，國產(chǎn)EDA還有很長的路要走，但近幾年也受到了不同層面的重視。
自2019年9月以來，在EDA設(shè)計(jì)軟件領(lǐng)域，中國已有3家新的初創(chuàng)企業(yè)（芯華章、Shanghai Hejian Industrial Software、全芯智造）成立，高管幾乎全來自三巨頭企業(yè)。
前段時(shí)間，華為一口氣投資了4家EDA公司，為的就是打破國外技術(shù)的壟斷。
……
于是，在高校層面，國際會(huì)議ICCAD自然就成為不少學(xué)子的練兵場(chǎng)。
ICCAD會(huì)議始于1980年，是EDA領(lǐng)域歷史最悠久的頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議之一。
而CAD Contest算法競(jìng)賽就是ICCAD會(huì)議中的標(biāo)志性事件，參與今年競(jìng)賽的就有來自12個(gè)國家/地區(qū)的137支隊(duì)伍參與，包括加州大學(xué)伯克利分校、香港中文大學(xué)等眾多國內(nèi)外知名高校與研究機(jī)構(gòu)。
這一算法競(jìng)賽并不是純學(xué)術(shù)類競(jìng)賽，而是由全球著名EDA或半導(dǎo)體公司將真實(shí)業(yè)務(wù)場(chǎng)景作為競(jìng)賽賽題。
呂志鵬教授團(tuán)隊(duì)這次參與的賽道，就是由全球EDA產(chǎn)業(yè)三巨頭之一的新思科技（Synopsys）提出的Problem B：Routing with Cell Movement Advanced。
據(jù)官微介紹，華中科大解決的布局布線問題，EDA芯片后端設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)，直接影響芯片功耗、面積、時(shí)延等各項(xiàng)性能指標(biāo)。
其中，布局過程需將一系列電路單元放置于給定的長方體空間中；而布線過程則需將屬于同一個(gè)網(wǎng)的單元引腳用導(dǎo)線連接起來。
參賽算法需要在考慮空間容量、電壓區(qū)、最小布線層、金屬層布線方向等眾多真實(shí)約束的情況下，確定每個(gè)單元在芯片內(nèi)的位置，并同時(shí)為每個(gè)網(wǎng)規(guī)劃無短路、無斷路的信號(hào)傳輸路徑，使得導(dǎo)線的加權(quán)總長度最短。
最終，呂志鵬教授團(tuán)隊(duì)所設(shè)計(jì)的算法在所有測(cè)試算例上均達(dá)到了競(jìng)賽中的最優(yōu)結(jié)果。
從毫無芯片背景到全球第一
那么這樣一支首戰(zhàn)告捷的團(tuán)隊(duì)，究竟什么來頭。
據(jù)介紹，團(tuán)隊(duì)共有五位成員，三位核心成員羅燦輝、梁鏡湖和謝振軒都是華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生，均來自呂志鵬教授的“智慧計(jì)算與優(yōu)化”實(shí)驗(yàn)室。
其中謝振軒、梁鏡湖均生于1999年，羅燦輝生于1998年，都不到24歲。
團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)人之一為蘇宙行，是呂志鵬教授的一名博士生，本碩博都就就讀于華中科技大學(xué)。
他的研究方向?yàn)镹P-hard, 運(yùn)籌學(xué), 組合優(yōu)化, 元啟發(fā)式算法, 人工智能。
而由蘇宙行和呂志鵬教授參與或領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在此之前已經(jīng)獲得過多項(xiàng)榮譽(yù)：
團(tuán)隊(duì)導(dǎo)師呂志鵬，現(xiàn)任華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)軟件與科學(xué)技術(shù)學(xué)院的博士生導(dǎo)師。
他本科就讀于吉林大學(xué)，后在華中科技大學(xué)碩博連讀，曾入選過“香江學(xué)者計(jì)劃”和“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”，同時(shí)擔(dān)任IJCAI, AAAI, AIJI、IEEE TEC等期刊的評(píng)審專家。
除此之外，他也擔(dān)任了“智慧計(jì)算與優(yōu)化”實(shí)驗(yàn)室的主任，這一實(shí)驗(yàn)室距今已有超過40年歷史。
在2018年之前，呂志鵬的主要研究方向?yàn)橹悄軆?yōu)化與決策、機(jī)器學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、人工智能應(yīng)用、NP難問題求解等方面。
而在之后，專注算法研究的呂志鵬教授將目光投向了芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
而實(shí)驗(yàn)室中的成員大多都是計(jì)算機(jī)專業(yè)出身，毫無芯片背景，甚至就像這次團(tuán)隊(duì)中的羅燦輝說的一樣：
往年我們沒有過多關(guān)注芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，都不知道有這項(xiàng)比賽。
但在全體師生的共同努力之下，今年3月份，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)獲得了EDA物理設(shè)計(jì)領(lǐng)域ISPD會(huì)議“劃分、布局和布線”算法競(jìng)賽全球第三名，也是進(jìn)入決賽階段唯一的中國隊(duì)伍。
最終，ICCAD 2021會(huì)議在10月27日中宣布，呂志鵬教授團(tuán)隊(duì)所設(shè)計(jì)的啟發(fā)式優(yōu)化算法奪得了Problem B賽道中的第一名。
EDA后備軍屢創(chuàng)佳績
其實(shí)，在此之前，ICCAD學(xué)術(shù)競(jìng)賽上已經(jīng)有過多所中國高?；钴S的身影
比如在2017年、2018年、2019年的ICCAD競(jìng)賽中連續(xù)獲得冠軍的福州大學(xué)團(tuán)隊(duì)。
這是由福州大學(xué)數(shù)計(jì)學(xué)院的吳英杰教授和陳建利教授領(lǐng)導(dǎo)的一支團(tuán)隊(duì)，四位主要成員分別為鄒鵬、吳媛媛、陳龍江、李進(jìn)。
而這也是全球第一個(gè)在該賽事中三連冠的團(tuán)隊(duì)。
△陳建利教授，圖源：福州新聞網(wǎng)
再比如香港中文大學(xué)。
自ICCAD CAD算法競(jìng)賽舉辦以來共產(chǎn)生過30個(gè)冠軍，香港中文大學(xué)就拿到了其中11個(gè)，
△港中大2020年奪冠信息，圖源：官網(wǎng)
還有臺(tái)灣大學(xué)，也曾在往期的比賽中共奪得2個(gè)冠軍。
最后，再回到華中科技大學(xué)的這支年輕的團(tuán)隊(duì)上。
大家可以戳下方鏈接，查看這次的試題及呂志鵬教授團(tuán)隊(duì)的具體解決方案：
試題鏈接：
http://iccad-contest.org/2021/Problems.html
解決方案：
http://iccad-contest.org/2021/ProblemB-cada0136.mp4
參考鏈接：
[1]https://mp.weixin.qq.com/s/QZwyKHPe26ttTXTRHagI_w
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/xxnCZz1gvWGsR-0Cdz467A
[3]https://mp.weixin.qq.com/s/urN0XMTYNKgTCw6DIDzEFg
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