11月4日，華中科技大學傳來好消息，在今年EDA（電子設計自動化）領域的國際會議ICCAD 2021（計算機輔助設計國際會議）上，該校計算機學院人工智能與優化研究所所長呂志鵬帶領一支平均年齡在24歲的年輕團隊，在CAD Contest布局布線（Routing with Cell Movement Advanced）算法競賽中奪得全球第一。

　　華中科大這支年輕的團隊，不僅首次參賽即奪冠，該團隊所設計的算法在所有測試算例上均達到了競賽中的最優結果。

　　競賽獲獎證書：布局布線算法競賽第一名

　　致力解決芯片行業最棘手問題

　　EDA（電子設計自動化）技術是指包括電路系統設計、系統仿真、設計綜合、PCB版圖設計和制版的一整套自動化流程，是電子設計的基石產業，被譽為“芯片之母”。從市場規模看，百億美金的EDA市場構筑了整個電子產業的根基，支撐起萬億美金的電子產業。“誰掌握了EDA，誰就有了芯片領域的主導權。”

　　ICCAD會議始于1980年，是EDA領域歷史最悠久的頂級學術會議之一。其中，CAD Contest的布局布線算法競賽是歷史最悠久、最權威且影響力最廣的會議標志性事件之一，長期以來受到國際學術界與工業界的廣泛關注。

　　呂志鵬介紹，該競賽將學術界與工業界聯結，由國際業界頂尖集成電路設計公司直接出題，瞄準當前集成電路工業界所面臨的亟需解決的、最困難的實際問題。本屆競賽的布局布線問題作為EDA芯片后端物理設計中最重要的環節，直接影響芯片的功耗、面積、時延等各項性能指標。

　　本次競賽的3D芯片布局布線示意圖

　　從百余支全球頂尖團隊中脫穎而出

　　本屆CAD Contest算法競賽共有來自12個國家/地區的137支隊伍參與，包括眾多國內外知名高校與研究機構，如加州大學伯克利分校、東京大學、臺灣大學、香港中文大學、復旦大學等。

　　呂志鵬介紹，EDA作為我國“卡脖子”關鍵技術之一，難點主要在于算法，其核心問題在算法上通常具有極高的計算復雜度，即為NP難問題。本次競賽的布局布線問題，涉及了圖著色、集合劃分、二次指派等眾多經典的NP難問題，是計算復雜性理論研究與實際工業應用相結合的典型場景。

　　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網的單元引腳用導線連接起來。參賽算法需要考慮空間容量、電壓區、最小布線層、金屬層布線方向等眾多真實約束，確定每個單元在芯片內的位置，并同時為每個網規劃無短路、無斷路的信號傳輸路徑，使得導線的加權總長度最短。

　　芯片設計的復雜度

　　鼓勵年輕團隊勇于解決世界難題

　　華中科大參賽團隊非常年輕，隊員謝振軒、梁鏡湖均生于99年，羅燦輝生于98年。“能得到這個成績非常不容易。往年我們沒有過多關注芯片設計領域，都不知道有這項比賽。這次和我們一起比拼的是國內外頂尖團隊，他們中的大多數是該賽事的‘老將’，經驗和積累都豐富得多。”研二學生羅燦輝說，在備賽期間，為了測試出最優方案，團隊成員上百次測試，在每一次試錯中前進一小步。

　　“年輕”不僅在于他們的年齡上，導師呂志鵬關注芯片領域也不到三年。在此之前，呂志鵬主攻算法研究，成果多應用于云計算、先進制造、航空航天、5G通信等領域。2018年，他帶領實驗室里一群計算機專業出身、毫無任何芯片背景的“熱心群眾”，跳進了芯片主戰場。

　　年輕團隊首次參賽即奪冠，背后是實驗室團隊40余年的積累。呂志鵬介紹，從實驗室創始人黃文奇教授開始，就格外注重對學生在精神和專業上的引導。“我們實驗室的傳統是，要勇敢面對當前世界上重大的大問題。不要做小問題，不要跟著外國人屁股后面做修修改改的問題。”

　　從成立至今，實驗室一直聚焦于NP難問題的求解算法與工業應用研究，并多次獲得國際算法競賽全球前三名。據介紹，早在1979年，黃文奇教授便在國際上首次提出求解NP難度問題的擬物擬人方法，為NP難問題的現實求解開辟了一條全新的技術路線，并于1996年參加第三屆SAT問題快速算法國際競賽并獲得第一名。

　　“我們深知，要想把科研成果寫在祖國大地上，絕不能停留在學術研究的表面，一定要結合實際應用并落地。我們希望借助研究所在NP難問題求解算法上數十年的積累與傳承，一方面賦能中國企業解決EDA‘卡脖子’問題，另一方面為國家培養更多掌握核心技術的人才。”呂志鵬說。（記者陳曉彤 通訊員趙娜）