上海立芯陳建利：國產(chǎn)數(shù)字電路物理實(shí)現(xiàn)工具面臨歷史性發(fā)展機(jī)遇

集微網(wǎng)報(bào)道，2023年6月2日—3日，第七屆集微半導(dǎo)體峰會在廈門國際會議中心酒店隆重召開。作為第七屆集微半導(dǎo)體峰會的重磅會議之一，峰會首日舉辦的EDA IP工業(yè)軟件峰會以“共建產(chǎn)業(yè)生態(tài) 同享產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值”為主題，聚焦國內(nèi)外EDA、IP以及工業(yè)軟件等全產(chǎn)業(yè)鏈的熱點(diǎn)，探討產(chǎn)業(yè)前行之路，共同定義電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的未來式。

布局布線，是集成電路物理設(shè)計(jì)的一個基本問題，也是全球公認(rèn)為集成電路EDA工具最重要、最難攻克的技術(shù)難題之一?；赝?0世紀(jì)70年代，貝爾實(shí)驗(yàn)室華人科學(xué)家林申（S.Lin）與其助手Brian Kernighan共同研究的Kernighan–Lin算法，為布局布線（routing&placement）奠定了最初的基礎(chǔ)，亦成為EDA工業(yè)史上的“創(chuàng)世紀(jì)”，即Cadence元老Sangiovanni-Vincentelli所緬懷的“The Age of the Gods”。

五十年彈指一揮間，隨著IC設(shè)計(jì)的不斷演進(jìn)，布局布線，當(dāng)下已再次成為EDA產(chǎn)業(yè)的一大“顯學(xué)”，上海立芯軟件科技有限公司董事長陳建利博士，就此帶來了題為《國產(chǎn)數(shù)字電路物理實(shí)現(xiàn)工具的機(jī)遇和挑戰(zhàn)》的精彩分享。

在陳建利博士看來，隨著“摩爾定律”伴隨制程節(jié)點(diǎn)持續(xù)演進(jìn)，單芯片上晶體管規(guī)模、密度不斷提高、芯片設(shè)計(jì)也日益復(fù)雜，對EDA工具提出了更高需求，2022年全球EDA市場規(guī)模為150億美元，同比增速為11.63%，中國市場增速更是達(dá)到38.5%。當(dāng)前中國EDA產(chǎn)業(yè)處于全球市場格局的邊緣，在技術(shù)、流程、標(biāo)準(zhǔn)、人才等方面嚴(yán)重落后于國外，本土企業(yè)不但數(shù)量少，從業(yè)人數(shù)規(guī)模不足全球的2%，更缺乏自主可控的自動布局布線等核心工具。

在貫穿IC設(shè)計(jì)、仿真與驗(yàn)證、制造、封測全部環(huán)節(jié)的EDA工具中，物理實(shí)現(xiàn)自動布局布線（APR）工具堪稱核心引擎之一，其在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)收斂中的作用也愈發(fā)凸顯，即便在早期設(shè)計(jì)階段，也需要布局信息以改善延遲、可路由性、噪聲等嚴(yán)重互連問題。陳建利感言：“不管是學(xué)術(shù)界或者工業(yè)界的布局器，大家都痛感‘far from optimal’。當(dāng)然它是NP難的問題，就是不知道最優(yōu)解在哪里，隨著制程的演進(jìn)，規(guī)模的擴(kuò)大，約束也越來越多，使得這個問題變得越來越難?！?/p>

其后，陳建利博士著重分析了國產(chǎn)物理實(shí)現(xiàn)布局布線工具面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。陳建利表示，國產(chǎn)物理實(shí)現(xiàn)布局布線工具當(dāng)前有著市場、用戶、技術(shù)、公共底座這四重機(jī)遇。國家戰(zhàn)略、政策導(dǎo)向、用戶選擇均有利于本土供應(yīng)商發(fā)展，而擁有眾多的芯片設(shè)計(jì)公司、高水平的設(shè)計(jì)工程師、豐富的APR工具經(jīng)驗(yàn)、實(shí)際的APR工具需求、真實(shí)工業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例等，均為本土廠商營造了理想的用戶生態(tài)，從零開始的本土企業(yè)，也因此具備了輕裝出行的“后發(fā)優(yōu)勢”。

在技術(shù)層面，陳建利指出，EDA工具是一個算法密集型的大型軟件系統(tǒng)，其基礎(chǔ)是建立數(shù)學(xué)模型并構(gòu)造求解算法，而現(xiàn)有的布局布線工具在數(shù)學(xué)建模上存在目標(biāo)函數(shù)難于直接優(yōu)化，問題規(guī)模巨大難以高效處理，多重設(shè)計(jì)約束導(dǎo)致求解困難等弊病。

以光刻工藝中光學(xué)臨近效應(yīng)、光刻熱點(diǎn)等問題為例，傳統(tǒng)解決方法如光學(xué)臨近修正、光刻熱點(diǎn)檢測，往往準(zhǔn)確率低、仿真開銷大。

針對這些痛點(diǎn)，陳建利博士提示了引入人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)（AI/ML）技術(shù)的價(jià)值，他表示，“Machine Learning我覺得它只是一種輔助，它應(yīng)該不是一個本質(zhì)性的直接可以用來解決placement問題的方案，這個問題還是要依靠傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法求解?！钡惤ɡ麖?qiáng)調(diào)，ML技術(shù)有望成為現(xiàn)有自動布局布線算法的有力輔助，幫助克服當(dāng)前數(shù)學(xué)方法的局限性?；贛L領(lǐng)域時下熱門的CNNFCN等模型構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)布局器（Neural Network placer），可以實(shí)現(xiàn)線長、可布線性、時序性能上最好的布局質(zhì)量，并具備超快的布局速度，10M-cell設(shè)計(jì)耗時可從3h壓縮到5min，實(shí)現(xiàn)超過30倍的速度提升，可擴(kuò)展性好，更易實(shí)現(xiàn)算法創(chuàng)新和先進(jìn)加速技術(shù)；開發(fā)成本也更為低廉，利用現(xiàn)有工具包完成編碼，開發(fā)周期從1年縮短至1-2月。

秉持經(jīng)世致用的初心，陳建利博士聯(lián)合業(yè)內(nèi)資深技術(shù)專家創(chuàng)立的上海立芯軟件科技有限公司，已經(jīng)在APR工具上引領(lǐng)了本土產(chǎn)業(yè)界的定向突破。據(jù)悉，上海立芯堅(jiān)持產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，以布局為引擎，致力于打造數(shù)字電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具，于2022年11月正式發(fā)布兩款點(diǎn)工具，其中LePlan可實(shí)現(xiàn)高效多狀態(tài)數(shù)據(jù)流分析，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的布圖規(guī)劃搜索，數(shù)據(jù)流驅(qū)動混合尺寸布局，支持定制化布圖規(guī)劃約束快速PPA分析和優(yōu)化；LePlace支持千萬門級網(wǎng)表優(yōu)化，支持先進(jìn)工藝制程，基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型的加速優(yōu)化通用設(shè)計(jì)流程，可加速高性能復(fù)雜設(shè)計(jì)的迭代。

目前，上述兩款面向后端設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的點(diǎn)工具已通過客戶驗(yàn)證并商用，也獲得了頭部客戶的認(rèn)可及采購，累計(jì)訂單達(dá)大幾千萬元。

最后，陳建利博士表示，上海立芯將繼續(xù)秉持打造數(shù)字電路可信賴工具的初心和使命，堅(jiān)持長期主義戰(zhàn)略定力，致力于成就國際一流數(shù)字全流程EDA平臺，助力搭建中國自主化芯片研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，與產(chǎn)業(yè)伙伴實(shí)現(xiàn)共贏。