青春向世界證明：“中國(guó)芯”，中國(guó)行

施崇偉

2021年11月4日，EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）領(lǐng)域的國(guó)際會(huì)議ICCAD 2021（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)國(guó)際會(huì)議）傳來喜訊：華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院呂志鵬教授團(tuán)隊(duì)，獲得了CAD Contest布局布線算法競(jìng)賽的第一名。

EDA是電子設(shè)計(jì)的基石產(chǎn)業(yè)，被譽(yù)為“芯片之母”。從市場(chǎng)規(guī)模看，百億美金的EDA市場(chǎng)構(gòu)筑了整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)的根基，可以說，誰掌握了EDA，誰就有了芯片領(lǐng)域的主導(dǎo)權(quán)。這項(xiàng)“強(qiáng)芯戰(zhàn)略”的捷報(bào)，無疑給中國(guó)注入了“強(qiáng)芯”能量。

奪下這項(xiàng)了不起競(jìng)賽的全球冠軍，是一些何等厲害的科學(xué)家？且看：研究生羅燦輝，生于1998年，面帶靦腆微笑;研究生梁鏡湖和謝振軒，一臉稚氣，完全是兩個(gè)孩子;戴著黑框眼鏡的蘇宙行博士略顯老成，其實(shí)他才剛剛滿22歲……這支實(shí)力雄厚的參賽團(tuán)隊(duì)，平均年齡竟然只有24歲。

雖然是支“娃娃軍”，但他們的頭兒是響當(dāng)當(dāng)?shù)摹２┦可鷮?dǎo)師呂志鵬是華中科技大學(xué)人工智能與優(yōu)化研究所所長(zhǎng)、智能決策與系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室主任。早在2007年，他就獲得了計(jì)算機(jī)軟件與理論專業(yè)博士學(xué)位，并在法國(guó)昂熱大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室從事了四年博士后研究工作。法國(guó)大學(xué)研究院院士、法國(guó)國(guó)家特級(jí)教授郝進(jìn)考博士，馮諾依曼理論獎(jiǎng)獲得者、美國(guó)工程院院士、禁忌算法和元啟發(fā)式算法提出者、美國(guó)科羅拉多大學(xué)特級(jí)教授弗雷德·格洛弗博士，這些世界一流的前沿專家都是他的合作伙伴。

中國(guó)要強(qiáng)大，必須有“中國(guó)芯”;中國(guó)的未來，需要有一批“強(qiáng)芯”年輕人。這是呂志鵬的信念。

呂志鵬主攻算法研究，但他注意到需要芯片的企業(yè)越來越多。2018年，他把研究重心投向芯片領(lǐng)域，帶領(lǐng)實(shí)驗(yàn)室里一群計(jì)算機(jī)專業(yè)出身卻毫無芯片背景的“熱心群眾”，跳進(jìn)了芯片主戰(zhàn)場(chǎng)。

經(jīng)過幾年的磨礪，呂志鵬訓(xùn)練出了一支青春勃發(fā)的團(tuán)隊(duì)。2020年，世界“芯片之戰(zhàn)”越演越烈。呂志鵬感覺到了肩上的責(zé)任：是出手為國(guó)爭(zhēng)光的時(shí)候了！當(dāng)他把參加CAD Contest布局布線算法競(jìng)賽的決定告訴團(tuán)隊(duì)時(shí)，一幫娃娃都憋足了勁：一定要拿下！

這次競(jìng)賽共有來自12個(gè)國(guó)家和地區(qū)的137支隊(duì)伍參加，包括國(guó)內(nèi)外知名高校與研究機(jī)構(gòu)，如加州大學(xué)伯克利分校、東京大學(xué)等。他們，早就在世界上赫赫有名了。

“初生牛犢不怕虎”，孩子們行動(dòng)起來了！

CAD Contest布局布線算法競(jìng)賽持續(xù)近一年，各個(gè)團(tuán)隊(duì)需要在截止日期前提交算法，由舉辦方測(cè)試算法。題目則來自全球著名EDA半導(dǎo)體公司的真實(shí)業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

布局過程需將一系列電路單元放置于給定的長(zhǎng)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因素制約的情況下，確定每個(gè)單元在芯片內(nèi)的位置，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，使導(dǎo)線的加權(quán)總長(zhǎng)度最短。而最難的，是要用導(dǎo)線連接各個(gè)電路單元，用算法規(guī)劃出更簡(jiǎn)潔的布局，使用更少的導(dǎo)線。這是一個(gè)全新且復(fù)雜的問題，方案、算法，以及細(xì)節(jié)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都要做定制化的設(shè)計(jì)。

籌備比賽算法的時(shí)間只有幾個(gè)月。這些年輕人鉚足了勁，一扎進(jìn)實(shí)驗(yàn)室就不出門，通宵達(dá)旦是常事。這次的題目，涉及的電路單元有上百萬甚至千萬件，最小布線層是幾十層，最終導(dǎo)線加權(quán)總長(zhǎng)度大概有幾百萬個(gè)單位。為了測(cè)試出最佳方案，團(tuán)隊(duì)成員測(cè)試了上百次。

一場(chǎng)戰(zhàn)斗下來，幾個(gè)小伙子都瘦了一大圈，頭發(fā)長(zhǎng)得也蓋住了瘦削的小臉。最終提交的啟發(fā)式優(yōu)化算法，在冗余導(dǎo)線檢測(cè)、布線環(huán)路消除、并行化鄰域評(píng)估加速、布局調(diào)整最優(yōu)移動(dòng)區(qū)域識(shí)別等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了突破。他們最終獲得EDA冠軍，呂志鵬團(tuán)隊(duì)一戰(zhàn)成名！

呂志鵬既心疼這幫孩子，又為他們點(diǎn)贊和自豪：“其實(shí)年輕與否并不關(guān)鍵。他們?cè)谟?jì)算機(jī)本科的基礎(chǔ)過硬，再加上我們進(jìn)行的學(xué)術(shù)引導(dǎo)培訓(xùn)，年輕人也可以解決比較難的問題。”

獲獎(jiǎng)之后，團(tuán)隊(duì)成員又投入了新的戰(zhàn)斗。呂志鵬對(duì)小伙伴們說：“我們要想把科研成果寫在祖國(guó)大地上，絕不能停留在學(xué)術(shù)研究的表面。我們還要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用并落地，借助研究所數(shù)十年的積累與傳承，一方面賦能中國(guó)企業(yè)解決EDA‘卡脖子’問題，另一方面為國(guó)家培養(yǎng)更多掌握核心技術(shù)的人才。孩子們，加油！”

芯片設(shè)計(jì)鏈條很長(zhǎng)，形成一整個(gè)生態(tài)需要和其他環(huán)節(jié)深度配合。“強(qiáng)芯戰(zhàn)略”是一場(chǎng)艱難的持久戰(zhàn)。EDA冠軍，青春的實(shí)力，給我們?cè)鰪?qiáng)了信心，增添了動(dòng)力。未來的路還很長(zhǎng)，讓我們帶著夢(mèng)想奔跑吧！