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打败过百对手,华中科大团队拿下EDA竞赛全球第一
  2021-11-08      

文章来源:内容来自「长江日报

11月4日,华中科技大学传来好消息,在今年EDA(电子设计自动化)领域的国际会议ICCAD 2021(计算机辅助设计国际会议)上,该校计算机学院人工智能与优化研究所所长吕志鹏带领一支平均年龄在24岁的年轻团队,在CAD Contest布局布线(Routing with Cell Movement Advanced)算法竞赛中夺得全球第一。

华中科大这支年轻的团队,不仅首次参赛即夺冠,该团队所设计的算法在所有测试算例上均达到了竞赛中的最优结果。

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参赛团队合影

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竞赛获奖证书:布局布线算法竞赛第一名

致力解决芯片行业最棘手问题

EDA(电子设计自动化)技术是指包括电路系统设计、系统仿真、设计综合、PCB版图设计和制版的一整套自动化流程,是电子设计的基石产业,被誉为“芯片之母”。从市场规模看,百亿美金的EDA市场构筑了整个电子产业的根基,支撑起万亿美金的电子产业。“谁掌握了EDA,谁就有了芯片领域的主导权。”

ICCAD会议始于1980年,是EDA领域历史最悠久的顶级学术会议之一。其中,CAD Contest的布局布线算法竞赛是历史最悠久、最权威且影响力最广的会议标志性事件之一,长期以来受到国际学术界与工业界的广泛关注。

吕志鹏介绍,该竞赛将学术界与工业界联结,由国际业界顶尖集成电路设计公司直接出题,瞄准当前集成电路工业界所面临的亟需解决的、最困难的实际问题。本届竞赛的布局布线问题作为EDA芯片后端物理设计中最重要的环节,直接影响芯片的功耗、面积、时延等各项性能指标。

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本次竞赛的3D芯片布局布线示意图

从百余支全球顶尖团队中脱颖而出

本届CAD Contest算法竞赛共有来自12个国家/地区的137支队伍参与,包括众多国内外知名高校与研究机构,如加州大学伯克利分校、东京大学、台湾大学、香港中文大学、复旦大学等。

吕志鹏介绍,EDA作为我国“卡脖子”关键技术之一,难点主要在于算法,其核心问题在算法上通常具有极高的计算复杂度,即为NP难问题。本次竞赛的布局布线问题,涉及了图着色、集合划分、二次指派等众多经典的NP难问题,是计算复杂性理论研究与实际工业应用相结合的典型场景。

其中,布局过程需将一系列电路单元放置于给定的长方体空间中,而布线过程则需将属于同一个网的单元引脚用导线连接起来。参赛算法需要考虑空间容量、电压区、最小布线层、金属层布线方向等众多真实约束,确定每个单元在芯片内的位置,并同时为每个网规划无短路、无断路的信号传输路径,使得导线的加权总长度最短。

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芯片设计的复杂度

鼓励年轻团队勇于解决世界难题

华中科大参赛团队非常年轻,队员谢振轩、梁镜湖均生于99年,罗灿辉生于98年。“能得到这个成绩非常不容易。往年我们没有过多关注芯片设计领域,都不知道有这项比赛。这次和我们一起比拼的是国内外顶尖团队,他们中的大多数是该赛事的‘老将’,经验和积累都丰富得多。”研二学生罗灿辉说,在备赛期间,为了测试出最优方案,团队成员上百次测试,在每一次试错中前进一小步。

“年轻”不仅在于他们的年龄上,导师吕志鹏关注芯片领域也不到三年。在此之前,吕志鹏主攻算法研究,成果多应用于云计算、先进制造、航空航天、5G通信等领域。2018年,他带领实验室里一群计算机专业出身、毫无任何芯片背景的“热心群众”,跳进了芯片主战场。

年轻团队首次参赛即夺冠,背后是实验室团队40余年的积累。吕志鹏介绍,从实验室创始人黄文奇教授开始,就格外注重对学生在精神和专业上的引导。“我们实验室的传统是,要勇敢面对当前世界上重大的大问题。不要做小问题,不要跟着外国人屁股后面做修修改改的问题。”

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实验室创始人黄文奇教授

从成立至今,实验室一直聚焦于NP难问题的求解算法与工业应用研究,并多次获得国际算法竞赛全球前三名。据介绍,早在1979年,黄文奇教授便在国际上首次提出求解NP难度问题的拟物拟人方法,为NP难问题的现实求解开辟了一条全新的技术路线,并于1996年参加第三届SAT问题快速算法国际竞赛并获得第一名。

“我们深知,要想把科研成果写在祖国大地上,绝不能停留在学术研究的表面,一定要结合实际应用并落地。我们希望借助研究所在NP难问题求解算法上数十年的积累与传承,一方面赋能中国企业解决EDA‘卡脖子’问题,另一方面为国家培养更多掌握核心技术的人才。”吕志鹏说。(记者陈晓彤 通讯员赵娜)

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