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平均年龄24岁！中国团队拿下EDA全球冠军
时间：2021-11-11 14:33:36
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[导读]上周六晚上，相信许多小伙伴的朋友圈被EDG夺冠的消息霸屏，在大风起兮的周末也让人心情澎湃，不管在哪个领域，为国争光那就是好事！近日EDA领域也传来好消息——华中科大团队在EDA（电子设计自动化）领域国际会议ICCAD2021（计算机辅助设计国际会议）上的CADContest布局布...
上周六晚上，相信许多小伙伴的朋友圈被EDG夺冠的消息霸屏，在大风起兮的周末也让人心情澎湃，不管在哪个领域，为国争光那就是好事！
近日EDA领域也传来好消息——华中科大团队在EDA（电子设计自动化）领域国际会议ICCAD 2021（计算机辅助设计国际会议）上的CAD Contest布局布线算法竞赛上勇夺冠军！这还不是最牛的，最牛的是这支团队平均年龄仅仅24岁！并且是首次参加比赛就夺得全球第一！赶紧来认识一下华中科技大学计算机学院吕志鹏教授团队：（华中科技大学吕志鹏教授团队 图源华中科技大学官网）
勇夺EDA领域顶级赛事冠军
众所周知，EDA是电子设计的基石产业，又被誉为“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，可以说谁掌握了EDA，谁就有了芯片领域的主导权。同时，EDA领域也是我国“卡脖子”关键技术之一，其难点主要在于算法，其核心问题在算法上通常具有极高的计算复杂度。（获奖证书 图源华中科技大学官网）那么本次华中科技大学计算机学院吕志鹏教授团队斩获的CAD Contest布局布线（Routing with Cell Movement Advanced）算法竞赛冠军的含金量究竟有多高呢？据悉，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算法竞赛作为会议的标志性事件，长期以来受到国际学术界与工业界的广泛关注。每届竞赛的赛题均来自Cadence、Synopsys、Mentor Graphics、Nvidia、IBM等全球著名EDA或半导体公司的真实业务场景，涵盖集成电路设计、制造与测试等环节中的核心算法难题，如逻辑综合、布局布线、等价验证、时序分析等。（本次竞赛的3D芯片布局布线示意图）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。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。参赛算法需要在考虑空间容量、电压区、最小布线层、金属层布线方向等众多真实约束的情况下，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。（芯片设计的复杂度）吕志鹏教授团队所设计的启发式优化算法，在冗余导线检测、布线环路消除、并行化邻域评估加速、布局调整最优移动区域识别等多项关键技术上实现了突破。根据ICCAD 2021会议公布的竞赛结果，吕志鹏教授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，也因此斩获赛事冠军的殊荣。
团队成员最小仅22岁
据了解，本次竞赛共有来自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。百来支战队大多都是该赛事的“老将”，经验积累十分丰富。能从“百团大战”中脱颖而出，并且首次参赛情况下就能斩获冠军，这支团队到底有何神奇之处呢？据悉，这支实力雄厚的参赛团队非常年轻，包括苏宙行博士、研究生罗灿辉、梁镜湖和谢振轩。其中，谢振轩、梁镜湖均生于1999年，罗灿辉生于1998年，可以说是最小的那一批90后了。而团队的带队导师吕志鹏在此之前主攻算法研究，直到2018年才开始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。关注芯片领域不到三年，这支年轻团队首次参赛便夺冠，这也与实验室团队40余年的积累息息相关。据悉，吕志鹏教授所在实验室自成立至今的40余年来，一直聚焦于NP难问题的求解算法与工业应用研究，曾多次获得国际算法竞赛全球前三名，如：2021年GECCO“最优相机布局与集合覆盖”国际算法竞赛第一名；2021年ISPD“晶圆级物理建模”切分布局布线国际算法竞赛第三名；2020年GECCO“最优相机布局与集合覆盖”国际算法竞赛第一名；2018年SAT国际算法竞赛第三名；2017年SAT国际算法竞赛第一名；2016年ROADEF/EURO“液化气库存路由”国际算法挑战赛第三名；2010年国际护士排班算法竞赛第三名；2008年国际大学排课表算法竞赛第二名等。罗灿辉表示，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。“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。
EDA—万亿数字产业的根基
EDA是利用计算机辅助设计软件，来完成超大规模集成电路芯片的功能设计、综合、验证、物理设计（布局、布线、版图、设计规则检查等）等流程的设计方式，经过50年的发展，EDA工具已经从辅助性技术成为了芯片产业的核心支柱技术之一。随着芯片性能的提升，在设计过程中也面临着越来越复杂的难题。如今，最先进、性能最高的芯片已经集成了数万亿个晶体管，未来芯片的集成度还会进一步提高，再像以往一样人工绘图基本是不可能的了，如何借助计算机辅助手段解决集成电路设计问题成为IC设计的必需品。EDA为何能成为万亿数字产业根基？一方面，EDA工具给IC设计企业带来了降本增效的绝佳手段，据加州大学圣迭戈分校Andrew Kahng教授的推测，EDA技术进步让设计效率提升近200倍，将消费级SoC的设计成本从77亿美元降低到4500万美元；从底层技术来看，EDA是典型的技术与知识密集型产业，需要计算机、数学、物理、电子电路、工艺等多种学科的紧密配合；从应用来看，EDA覆盖的环节包括数字芯片设计、模拟设计、平板显示电路设计、晶圆制造、封装测试、系统仿真等；从产业链角度来看，一个国家的军、民、商各类电子信息设备的核心都是芯片，电子信息技术产业发展的根基也是芯片，EDA是芯片设计的最上游，是衔接集成电路设计、制造和封测的关键纽带，对行业生产效率、产品技术水平有重要影响。可以说，谁掌握了EDA，谁就有了芯片领域的主导权。纵观近几年来由于中美贸易战引起的热点话题中，芯片国产化频频上热搜，大家对芯片的了解越来越深刻，都知道光刻机很重要。如果说国内一直无法得到ASML的EUV光刻机，最坏的情况也只不过是暂时造不出7nm以下的高端芯片，但是28nm这种低端芯片国产已可量产。但反观EDA，根据ESDAlliance数据，2020年三巨头Cadence、Synopsys、Mentor占据了全球EDA市场约70％的份额。其中，Synopsys占据32％，Cadence占据23％，SiemensEDA占据14％。而在国内却有超过90％的市场被这三巨头所垄断，假如EDA一旦被中断使用权，没有EDA，我们可能面临无芯而用的局面。而今，中国科研团队问鼎EDA竞赛全球冠军，随着国家对芯片行业的重视，美国再想借技术威胁卡中国脖子的情况或许也会在不久的将来烟消云散。
越来越多年轻一代“开花结果”
见证这支年轻的团队斩获荣耀的同时，也不由让人想起近些年来引发社会广泛关注的那些新生力量。
在去年7月，中国科学院大学公布了首期“一生一芯”计划成果，共有5位2016级本科生参与并主导完成一款64位RISC－V处理器SoC芯片设计并实现流片，芯片能成功运行Linux操作系统以及学生自己编写的国科大教学操作系统UCAS－Core。“如何评价中国科学院大学（以下简称国科大）‘一生一芯’计划？”在知乎上也引起了成千上万网友的关注和谈论，热度居高不下。据悉，该项目始于2019年8月，于2019年12月进行交付，这意味着，仅仅4个月时间，实现了从设计到流片的目标，更值得提的是，这5位本科生平均年龄只有21．8岁。（截图源自知乎）“5位本科生耗时4个月造芯成功”这一事件并非虚假新闻。据悉，“一生一芯”计划的负责人是国科大计算机学院教授、中科院计算所先进计算机系统研究中心主任包云岗，包云岗教授和多位老师一起指导培养这5个学生，在克服无数的挑战，坚持不懈的努力下，国科大2016级计算机学院本科生金越、王华强、王凯帆、张林隽和张紫飞等人参与的首期“一生一芯”计划终于取得圆满成功，5位年轻人带着自己设计的处理器芯片毕业，拿到了最有含金量的“毕业证”。不止是“一生一芯”计划，去年还传出关于华为“天才少年”入选者拿到华为201万元年薪的消息，华中科技大学今年计算机专业毕业的博士生张霁拿到华为“天才少年”最高一档年薪201万元，也成为了今年截止 6 月 30 日华中科技大学拿到最高档的唯一一位。今年10月，被誉为华为“天才少年”的B站博主“稚晖君”发布了《我造了一台钢铁侠的机械臂》又在网络刷屏。“稚晖君”自制的这台机械臂，竟然可以远程指挥给葡萄皮缝针！稚晖君真名彭志辉，2018年毕业于电子科技大学信通学院。2020年以“华为天才少年”计划加盟华为上海AI研究所，年薪百万。作为一位活跃于网络的大V，彭志辉所做的许多研究，科技含量十足，甚至人送外号“野生钢铁侠”。（截图源自B站）从视频中也能见到，机械臂可为破口葡萄缝针的同时，葡萄丝毫未被机械臂损坏。虽然视频只有16分钟，但彭志辉表示，为了造出这台机械臂整整花了4个月时间，经历了150个版本的修改。就这样把一台二手且完全不够智能的机械臂变成了一个全新的、附加各种智能功能的新产品。值得一提的是，彭志辉还在视频中介绍，机械臂的操作系统用上了开源鸿蒙，AI计算平台使用的是华为昇腾Atlas边缘计算平台。（截图源自B站）“稚晖君”另外一次在网络大火，则是为一辆自行车开发了自动驾驶功能，不愧是高手在民间，视频中看到，踢开脚撑的自行车依然金鸡独立、稳如泰山，避障、上路，毫无压力。就连连B站老板陈睿都被吸引而来，直呼“太强了，UP主重新定义‘自行车’”！（截图源自B站）前不久，曾经以专访苹果CEO爆火的“何同学”也在上传了一段仅6分钟的视频，他把苹果公司曾经放弃的想法动手做了出来——Airdesk，可以在桌面上实现充电、备忘录等各种功能的神奇黑科技。视频一出，B站和微博观看量破直接冲破4千万！（截图源自B站）不得不说，新生代“后浪”已经远超出我们的想象，同样是年轻的面庞，都是经过艰苦努力取得的傲人成绩，面向科技前沿阵地，国内也有越来越多年轻一代“开花结果”，瞄准“卡脖子”领域，不断发力。也希望国内半导体产业会涌现出越来越多这样的“后浪”，为国产半导体发展带去更多的新鲜血液，助力国产半导体更好的成长。
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勇夺EDA领域顶级赛事冠军
众所周知，EDA是电子设计的基石产业，又被誉为“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，可以说谁掌握了EDA，谁就有了芯片领域的主导权。同时，EDA领域也是我国“卡脖子”关键技术之一，其难点主要在于算法，其核心问题在算法上通常具有极高的计算复杂度。（获奖证书 图源华中科技大学官网）那么本次华中科技大学计算机学院吕志鹏教授团队斩获的CAD Contest布局布线（Routing with Cell Movement Advanced）算法竞赛冠军的含金量究竟有多高呢？据悉，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算法竞赛作为会议的标志性事件，长期以来受到国际学术界与工业界的广泛关注。每届竞赛的赛题均来自Cadence、Synopsys、Mentor Graphics、Nvidia、IBM等全球著名EDA或半导体公司的真实业务场景，涵盖集成电路设计、制造与测试等环节中的核心算法难题，如逻辑综合、布局布线、等价验证、时序分析等。（本次竞赛的3D芯片布局布线示意图）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。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。参赛算法需要在考虑空间容量、电压区、最小布线层、金属层布线方向等众多真实约束的情况下，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。（芯片设计的复杂度）吕志鹏教授团队所设计的启发式优化算法，在冗余导线检测、布线环路消除、并行化邻域评估加速、布局调整最优移动区域识别等多项关键技术上实现了突破。根据ICCAD 2021会议公布的竞赛结果，吕志鹏教授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，也因此斩获赛事冠军的殊荣。
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