作為芯片布局設計的重要一環(huán)，印刷電路板（即“PCB”）布線工具一直以來被歐美市場長期壟斷，成為影響我國芯片自主研發(fā)的“卡脖子”技術。歷經(jīng)15年接力，近日，一支來自福州大學的年輕師生隊伍通過自主研發(fā)的PCB高效自動布線器，成功探索芯片間的自動布局設計，實現(xiàn)我國在PCB布線工具領域的突圍嘗試。

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、實現(xiàn)控制功能的載體，幾乎所有的電子產(chǎn)品都會用到，俗稱‘電子產(chǎn)品之母’。”打開一張PCB示意圖，福州大學物理與信息工程學院副教授、福建省智能傳感芯片技術與應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用，PCB體積越來越小，容量卻越來越大。PCB上面可能有成百上千個芯片，芯片和芯片之間又有成千上萬的連接線，“我們的布線工具能以最短路線、最短時間實現(xiàn)連接線的自動連接，這單靠人力是很難完成的”。

一直以來，國內(nèi)PCB布線工具長期被國外壟斷。為了突破這一“卡脖子”難題，華為公司與福州大學成立福大—華為創(chuàng)新實驗室，共同研發(fā)PCB布線算法。自此，6名大學導師和18名福州大學數(shù)學系、計算機系、微電子系研究生踏上了自主研發(fā)道路。

接續(xù)奮斗攻關

研制高效自動布線器

這是接力奮斗的過程。2007年，福州大學原副校長范更華帶領第一代團隊，探討圖論理論在大規(guī)模集成電路設計中的應用，踏出理論研究的第一步。隨后，數(shù)學與計算機科學學院副教授陳建利的團隊接過“第二棒”，在算法研究上取得創(chuàng)新突破。15年后，全新PCB高效自動布線器研發(fā)出來，屬于該領域自主探索的第三段歷程。

一路走來，并非易事。作為團隊成員之一，福州大學電子信息碩士研究生溫超越負責的是區(qū)域布線算法的設計。“剛開始啥也不懂，就是一個小白。后來才逐漸明白項目的目標和意義，以及自己扮演的角色。這是我們中國在爭取屬于自己的主動權。”溫超越說。

根據(jù)項目內(nèi)容，24人的團隊分為三個組別，同時測試不同方案。集成電路與工程專業(yè)的師生負責場景設計，提供案例需求，數(shù)學系負責算法設計，微電子系編寫代碼，進行結(jié)果測試。這是一場需要團隊通力合作的拉鋸戰(zhàn)。

溫超越回憶說，“我還記得，曾經(jīng)有一個嘗試了幾個月的方案，當時看起來是可行的，大家都挺激動，覺得可能就是‘它’了，但隨著測試規(guī)模的增大和復雜度的提高，方案最終因為耗時太長而以失敗告終。”

失敗后推翻重來，是這支隊伍做過的最多的事情。一個星期內(nèi)，隊員們要開兩三次碰頭會，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。會議桌上，有面紅耳赤，也有握手言和。“學生們有個性，也有脾氣，但大家的力是往一處使的。”陳傳東說。

最終，團隊研發(fā)出一種PCB高效自動布線器，能以最短時間、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：“國外布線軟件布線結(jié)構不一、占用層數(shù)多，我們的軟件走線更加簡潔整齊，拓撲結(jié)構統(tǒng)一。接下來，我們將繼續(xù)完善這一方案。”

憑借這個項目，團隊成功拿下2021年海峽信息賽特等獎。“對于中國芯片發(fā)展而言，這只是其中的一小步而已。”溫超越和團隊其他不少成員都計劃畢業(yè)后繼續(xù)從事與芯片有關的研究，為爭取中國的技術主動權而努力。（記者 沐方婷 通訊員 唐沁菲）

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