华中大团队斩获算法竞赛冠军：团队获得CAD Contest布局布线算法竞赛第一名！

11月4日结束的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)传来好消息，华中科技大学计算机学院吕志鹏教授团队获得了CAD Contest布局布线算法竞赛的第一名。这是团队首次参赛，成员还包括苏宙行博士、研究生罗灿辉、梁镜湖和谢振轩，平均年龄才24岁。

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，此次共有来自12个国家和地区的137支队伍参赛，包括众多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。

EDA是电子设计的基石产业，也被誉为“芯片之母”。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。

Electronic Design Automation，电子设计自动化的意思。最早是为了解决集成电路布局布线问题而出现的，后来学术界和工业界的一些人觉得用计算机手段帮助设计电路挺有意思，就搞了个会议叫Design Automation Conference (DAC)。开始讨论一些利用计算机辅助手段解决集成电路设计的问题。同时期UC Berkeley开发了一个求解电路的数值软件，也就是后来的SPICE(Simulation Program with IC Emphasis)这两个事件也许算是EDA产业的伏笔。

EDA真正开始是上世纪80年代的某一次DAC上，有人觉得可以利用计算机辅助软件赚取设计厂商的钱，于是大家纷纷发现了商机，EDA产业就这么雨后春笋般的起来了。后来随着集成电路规模越来越大，EDA的应用不仅仅限于布线和数值仿真，高层次的数字设计又催生了硬件描述语言Verilog和VHDL。一直到今天，个人感觉EDA里最大块的三部分就是高层次设计相关的部分，验证/综合/布局相关的部分，和偏底层的SPICE仿真。当然现在随着集成电路尺寸到了20纳米下，各种其他问题也越来越受到关注，比如良率，信号完整性，甚至封装，EDA充斥在IC产业的方方面面。

这个行业曾经是IC产业中最暴利的一环，从业者也是IC行业中知识最全面最聪明的一批。不过由于在IC产业内创业门槛低，越来越多的人加入到竞争中，在几十年的竞争和吞并后，现在已经成了Synopsys和Cadence两家独大的局面了，另外受到整个IC行业下行的影响，油水也大不如前，EDA从业者的技能也被细化，是个容易进入不容易离开的行业。

EDA是电子设计的基石产业，也被誉为“芯片之母”。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。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，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。据悉，今年是该团队首次参加ICCAD竞赛。

吕志鹏教授团队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，该团队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。

此时此刻，离武汉千里之外的成都，2020年扎根的初创型企业英诺达也正在深耕EDA领域。这家企业于今年初搭建了国内首个EDA硬件工具云赋能平台，8月获得近亿元融资，10月获得中国半导体协会“创芯中国”总决赛一等奖。

“武汉同行问鼎世界顶尖赛事，给我们带来极大的振奋，也鼓舞我们加快技术研发步伐。”11月11日，英诺达市场和业务拓展部副总裁马超在接受红星新闻记者采访时透露，除了搭建EDA相关技术平台外，公司已拥有自研的EDA，聚焦于国内同行尚未涉足的数字中端领域，年底会有原型产品面市，希望能助力成都电子信息产业补齐IC设计短板。

“实际上，我们的创新突破主要在商业模式和运营上，通过自主可控的技术平台，力争打破国外“卡脖子”现象，平台会赋能中小企业，降低国内企业研发成本，同时也会帮助芯片设计行业加速向云端迁移。”马超说。

在成都的集成电路产业版图上，已初步形成了IC设计、晶圆制造、封装测试、材料与配套、系统与整机等相对完整的发展体系，然而，与IC设计紧密相关的EDA技术领域一直存在短板，本地EDA企业发展尚未成势，一些产业空白亟待填补。

“我们有自研的EDA，聚焦国内目前无人涉足的数字中端领域，开发有自主知识产权的专门型产品和通用型平台，希望能助力IC设计产业早日补齐短板。”马超介绍，公司围绕EDA硬件工具云赋能平台，目前正在申请3项专利。

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、广义指派、斯坦纳树、斯坦纳森林等众多经典的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。

值得注意的是，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。

此外，导师吕志鹏关注芯片领域不到三年。在此之前，他主攻算法研究，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。

“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。”

导师吕志鹏关注芯片领域不到三年。在此之前，他主攻算法研究，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。

据官网介绍，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。