如今的EDA是否可以滿足量子芯片的設(shè)計(jì)？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）離商用上真正可行的量子計(jì)算機(jī)成熟至少也還需要幾年的時(shí)間，但已經(jīng)開始有人質(zhì)疑，目前的EDA工具是否可以滿足量子芯片的設(shè)計(jì)需求？這是因?yàn)榱孔佑?jì)算的設(shè)計(jì)，有時(shí)會對傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料、溫度和結(jié)構(gòu)規(guī)范提出挑戰(zhàn)，不少量子計(jì)算芯片公司其實(shí)都是在摸黑前行。畢竟30個(gè)量子位就要求同時(shí)進(jìn)行十億次左右的運(yùn)算了，遠(yuǎn)超當(dāng)下的各種IC芯片。

量子計(jì)算芯片面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

對于特色芯片的設(shè)計(jì)來說，各大EDA廠商都已經(jīng)有了不少的技術(shù)積累，但這類EDA工具終歸還是一個(gè)專用領(lǐng)域的通用解決方案。反觀如果到了量子計(jì)算芯片的設(shè)計(jì)上，未來EDA廠商很可能會進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)定制化或其他高性能特色。

比如隨著量子比特?cái)?shù)的增加，電磁仿真的復(fù)雜程度也會一并提高，諸如調(diào)整量子位、諧振器以及它們之間的耦合均需要重復(fù)地進(jìn)行電磁仿真，從而延長整個(gè)設(shè)計(jì)周期，也會對開發(fā)時(shí)的硬件算力提出一定的要求。

且目前已有的商業(yè)設(shè)計(jì)路線主要適用于邏輯計(jì)算中提高晶體管密度，比如縮小晶體管結(jié)構(gòu)、提高互聯(lián)性能等，也成功創(chuàng)造出了不少復(fù)雜的處理器芯片。但在量子計(jì)算上，往往需要適應(yīng)更高變化敏感性的設(shè)計(jì)，才能為量子計(jì)算芯片提供足夠的擴(kuò)展性。

量子芯片EDA的進(jìn)程

從公開的產(chǎn)品陣容來看，我們可以發(fā)現(xiàn)即便是EDA大廠也沒有專門針對量子芯片開發(fā)的產(chǎn)品。但事實(shí)上，經(jīng)過這幾年的投資、收購與并購，有不少已經(jīng)開始在光電設(shè)計(jì)領(lǐng)域做積累，為未來的光量子芯片設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，等到合適的時(shí)機(jī)全面推進(jìn)。

比如新思的3DIC Compiler平臺就集成了OptoCompiler，業(yè)界首個(gè)同一半導(dǎo)體和光子設(shè)計(jì)的平臺。這類工具利用硅基光子學(xué)，可以讓設(shè)計(jì)者像開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)CMOS一樣創(chuàng)建光子IC，從而支持光通信與光量子芯片未來的發(fā)展。

除了光量子計(jì)算外，也有超導(dǎo)量子計(jì)算外這另一大路線。近期國內(nèi)一大量子計(jì)算廠商量旋科技推出了他們的自動化超導(dǎo)量子芯片EDA設(shè)計(jì)軟件，天乙。天乙是一款基于Web開發(fā)的EDA工具，所以可以實(shí)現(xiàn)多平臺使用。從功能性來看，其主要用于參數(shù)化生成量子器件和完成自動布線用的，屬于較為初級的功能，可供愛好者淺嘗量子芯片的設(shè)計(jì)。

可以看出，量子芯片的設(shè)計(jì)離全鏈路打通還有一定的距離，即便是大廠也是如此。這是因?yàn)榱孔佑?jì)算的研究尚不成熟，無論是結(jié)構(gòu)、材料都還存在差異較大的技術(shù)方向，所以大部分廠商還處于技術(shù)積累的階段。

小結(jié)

從現(xiàn)狀看來，量子計(jì)算在熱門應(yīng)用人工智能上的優(yōu)勢尚未體現(xiàn)出來，但在制藥、材料研發(fā)等科學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用前景可觀?？杉幢闳绱?，量子計(jì)算無疑是進(jìn)入下一個(gè)算力爆發(fā)時(shí)代的必經(jīng)之路。EDA廠商仍需要投資開發(fā)多款下一代工具，才能使設(shè)計(jì)師們能夠成功地仿真、模擬和驗(yàn)證量子芯片的設(shè)計(jì)。