转载 | 上海立芯陈建利：国产数字电路物理实现工具面临历史性发展机遇

集微网报道，2023年6月2日—3日，第七届集微半导体峰会在厦门国际会议中心酒店隆重召开。作为第七届集微半导体峰会的重磅会议之一，峰会首日举办的EDA IP工业软件峰会以“共建产业生态 同享产业链价值”为主题，聚焦国内外EDA、IP以及工业软件等全产业链的热点，探讨产业前行之路，共同定义电子设计领域的未来式。

布局布线，是集成电路物理设计的一个基本问题，也是全球公认为集成电路EDA工具最重要、最难攻克的技术难题之一。回望20世纪70年代，贝尔实验室华人科学家林申（S.Lin）与其助手Brian Kernighan共同研究的Kernighan–Lin算法，为布局布线（routing&placement）奠定了最初的基础，亦成为EDA工业史上的“创世纪”，即Cadence元老Sangiovanni-Vincentelli所缅怀的“The Age of the Gods”。

五十年弹指一挥间，随着IC设计的不断演进，布局布线，当下已再次成为EDA产业的一大“显学”，上海立芯软件科技有限公司董事长陈建利博士，就此带来了题为《国产数字电路物理实现工具的机遇和挑战》的精彩分享。

在陈建利博士看来，随着“摩尔定律”伴随制程节点持续演进，单芯片上晶体管规模、密度不断提高、芯片设计也日益复杂，对EDA工具提出了更高需求，2022年全球EDA市场规模为150亿美元，同比增速为11.63%，中国市场增速更是达到38.5%。当前中国EDA产业处于全球市场格局的边缘，在技术、流程、标准、人才等方面严重落后于国外，本土企业不但数量少，从业人数规模不足全球的2%，更缺乏自主可控的自动布局布线等核心工具。

在贯穿IC设计、仿真与验证、制造、封测全部环节的EDA工具中，物理实现自动布局布线（APR）工具堪称核心引擎之一，其在实现设计收敛中的作用也愈发凸显，即便在早期设计阶段，也需要布局信息以改善延迟、可路由性、噪声等严重互连问题。陈建利感言：“不管是学术界或者工业界的布局器，大家都痛感‘far from optimal’。当然它是NP难的问题，就是不知道最优解在哪里，随着制程的演进，规模的扩大，约束也越来越多，使得这个问题变得越来越难。”

其后，陈建利博士着重分析了国产物理实现布局布线工具面临的机遇与挑战。陈建利表示，国产物理实现布局布线工具当前有着市场、用户、技术、公共底座这四重机遇。国家战略、政策导向、用户选择均有利于本土供应商发展，而拥有众多的芯片设计公司、高水平的设计工程师、丰富的APR工具经验、实际的APR工具需求、真实工业设计实例等，均为本土厂商营造了理想的用户生态，从零开始的本土企业，也因此具备了轻装出行的“后发优势”。

在技术层面，陈建利指出，EDA工具是一个算法密集型的大型软件系统，其基础是建立数学模型并构造求解算法，而现有的布局布线工具在数学建模上存在目标函数难于直接优化，问题规模巨大难以高效处理，多重设计约束导致求解困难等弊病。

以光刻工艺中光学临近效应、光刻热点等问题为例，传统解决方法如光学临近修正、光刻热点检测，往往准确率低、仿真开销大。

针对这些痛点，陈建利博士提示了引入人工智能/机器学习（AI/ML）技术的价值，他表示，“Machine Learning我觉得它只是一种辅助，它应该不是一个本质性的直接可以用来解决placement问题的方案，这个问题还是要依靠传统的数学模型和优化算法求解。”但陈建利强调，ML技术有望成为现有自动布局布线算法的有力辅助，帮助克服当前数学方法的局限性。基于ML领域时下热门的CNN\FCN等模型构建的神经网络布局器（Neural Network placer），可以实现线长、可布线性、时序性能上最好的布局质量，并具备超快的布局速度，10M-cell设计耗时可从3h压缩到5min，实现超过30倍的速度提升，可扩展性好，更易实现算法创新和先进加速技术；开发成本也更为低廉，利用现有工具包完成编码，开发周期从1年缩短至1-2月。

秉持经世致用的初心，陈建利博士联合业内资深技术专家创立的上海立芯软件科技有限公司，已经在APR工具上引领了本土产业界的定向突破。据悉，上海立芯坚持产学研结合，以布局为引擎，致力于打造数字电路设计全流程EDA工具，于2022年11月正式发布两款点工具，其中LePlan可实现高效多状态数据流分析，基于机器学习的布图规划搜索，数据流驱动混合尺寸布局，支持定制化布图规划约束快速PPA分析和优化；LePlace支持千万门级网表优化，支持先进工艺制程，基于机器学习模型的加速优化通用设计流程，可加速高性能复杂设计的迭代。

目前，上述两款面向后端设计环节的点工具已通过客户验证并商用，也获得了头部客户的认可及采购，累计订单达大几千万元。

最后，陈建利博士表示，上海立芯将继续秉持打造数字电路可信赖工具的初心和使命，坚持长期主义战略定力，致力于成就国际一流数字全流程EDA平台，助力搭建中国自主化芯片研发生态系统，与产业伙伴实现共赢。