作為芯片布局設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，印刷電路板（即“PCB”）布線工具一直以來(lái)被歐美市場(chǎng)長(zhǎng)期壟斷，成為影響我國(guó)芯片自主研發(fā)的“卡脖子”技術(shù)。歷經(jīng)15年接力，近日，一支來(lái)自福州大學(xué)的年輕師生隊(duì)伍通過(guò)自主研發(fā)的PCB高效自動(dòng)布線器，成功探索芯片間的自動(dòng)布局設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)在PCB布線工具領(lǐng)域的突圍嘗試。

為破“卡脖子”難題

踏上自主研發(fā)之路

“PCB是集成電子元器件、實(shí)現(xiàn)控制功能的載體，幾乎所有的電子產(chǎn)品都會(huì)用到，俗稱‘電子產(chǎn)品之母’。”打開(kāi)一張PCB示意圖，福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院副教授、福建省智能傳感芯片技術(shù)與應(yīng)用工程研究中心副主任陳傳東介紹，隨著大規(guī)模集成電路的深入應(yīng)用，PCB體積越來(lái)越小，容量卻越來(lái)越大。PCB上面可能有成百上千個(gè)芯片，芯片和芯片之間又有成千上萬(wàn)的連接線，“我們的布線工具能以最短路線、最短時(shí)間實(shí)現(xiàn)連接線的自動(dòng)連接，這單靠人力是很難完成的”。

一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)PCB布線工具長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷。為了突破這一“卡脖子”難題，華為公司與福州大學(xué)成立福大—華為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，共同研發(fā)PCB布線算法。自此，6名大學(xué)導(dǎo)師和18名福州大學(xué)數(shù)學(xué)系、計(jì)算機(jī)系、微電子系研究生踏上了自主研發(fā)道路。

接續(xù)奮斗攻關(guān)

研制高效自動(dòng)布線器

這是接力奮斗的過(guò)程。2007年，福州大學(xué)原副校長(zhǎng)范更華帶領(lǐng)第一代團(tuán)隊(duì)，探討圖論理論在大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，踏出理論研究的第一步。隨后，數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院副教授陳建利的團(tuán)隊(duì)接過(guò)“第二棒”，在算法研究上取得創(chuàng)新突破。15年后，全新PCB高效自動(dòng)布線器研發(fā)出來(lái)，屬于該領(lǐng)域自主探索的第三段歷程。

一路走來(lái)，并非易事。作為團(tuán)隊(duì)成員之一，福州大學(xué)電子信息碩士研究生溫超越負(fù)責(zé)的是區(qū)域布線算法的設(shè)計(jì)。“剛開(kāi)始啥也不懂，就是一個(gè)小白。后來(lái)才逐漸明白項(xiàng)目的目標(biāo)和意義，以及自己扮演的角色。這是我們中國(guó)在爭(zhēng)取屬于自己的主動(dòng)權(quán)?！睖爻秸f(shuō)。

根據(jù)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，24人的團(tuán)隊(duì)分為三個(gè)組別，同時(shí)測(cè)試不同方案。集成電路與工程專業(yè)的師生負(fù)責(zé)場(chǎng)景設(shè)計(jì)，提供案例需求，數(shù)學(xué)系負(fù)責(zé)算法設(shè)計(jì)，微電子系編寫(xiě)代碼，進(jìn)行結(jié)果測(cè)試。這是一場(chǎng)需要團(tuán)隊(duì)通力合作的拉鋸戰(zhàn)。

溫超越回憶說(shuō)，“我還記得，曾經(jīng)有一個(gè)嘗試了幾個(gè)月的方案，當(dāng)時(shí)看起來(lái)是可行的，大家都挺激動(dòng)，覺(jué)得可能就是‘它’了，但隨著測(cè)試規(guī)模的增大和復(fù)雜度的提高，方案最終因?yàn)楹臅r(shí)太長(zhǎng)而以失敗告終。”

失敗后推翻重來(lái)，是這支隊(duì)伍做過(guò)的最多的事情。一個(gè)星期內(nèi)，隊(duì)員們要開(kāi)兩三次碰頭會(huì)，探討“疑難雜癥”，慎重決定哪些方案可以繼續(xù)嘗試、哪些方案可以果斷排除。會(huì)議桌上，有面紅耳赤，也有握手言和?！皩W(xué)生們有個(gè)性，也有脾氣，但大家的力是往一處使的?！标悅鳀|說(shuō)。

最終，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種PCB高效自動(dòng)布線器，能以最短時(shí)間、最優(yōu)效果尋得最優(yōu)路徑，整體提高了電路系統(tǒng)性能。溫超越告訴記者：“國(guó)外布線軟件布線結(jié)構(gòu)不一、占用層數(shù)多，我們的軟件走線更加簡(jiǎn)潔整齊，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)統(tǒng)一。接下來(lái)，我們將繼續(xù)完善這一方案?！?/p>

憑借這個(gè)項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)成功拿下2021年海峽信息賽特等獎(jiǎng)?！皩?duì)于中國(guó)芯片發(fā)展而言，這只是其中的一小步而已。”溫超越和團(tuán)隊(duì)其他不少成員都計(jì)劃畢業(yè)后繼續(xù)從事與芯片有關(guān)的研究，為爭(zhēng)取中國(guó)的技術(shù)主動(dòng)權(quán)而努力。（記者 沐方婷 通訊員 唐沁菲）

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