斩获“卡脖子”领域世界冠军！这支华科战队全网刷屏，平均年龄24岁
2021-11-10 13:27:00
文章来自 | 量子位
杨净 博雯 发自 凹非寺量子位 报道 | 公众号 QbitAI
首战即全球冠军，平均年龄仅24岁。
还是在被誉为“芯片之母”的EDA领域获此荣誉。
来自华中科技大学的一支团队全网刷屏了！
EDA，也叫做电子设计自动化，是我国“卡脖子”关键技术之一。
这么说吧，如果没有EDA应用软件，压根连芯片都设计不出来，更不用说之后的芯片制造和封装。
此番，华科团队是在EDA领域国际会议ICCAD 2021上，获得了CAD Contest布局布线（Routing with Cell Movement Advanced）算法竞赛的第一名。
后生可畏，又是在如此受到关注的领域，也难怪有网友感慨：
来看看这究竟是怎么一回事。
EDA“芯片之母”
先来了解一下EDA。
EDA，全称Electronic Design Automation（电子设计自动化），包括逻辑设计、电路系统设计、系统仿真、性能分析到设计PCD版图一整套自动化流程。
这也决定了EDA不单是一个或两个软件，而是涉及近百种不同技术，涵盖多种“点工具”的软件工具集群。
放眼整个行业，EDA是芯片设计中最重要的环节，同样也是芯片产业链上最上游的一环。
其重要程度被不少媒体评价到“谁掌握了EDA，谁就有了芯片领域的主导权。”作为倒金字塔的最底层，百亿美金的EDA市场足以支撑起万亿美金的电子产业。
在EDA出现之前，设计人员必须手工完成集成电路的设计、布线等工作。
但随着芯片设计的复杂程度提升，单是晶体管数量动辄就是几十上百亿，再加上计算机仿真技术的发展，流程自动化也就成为了刚需。
发展至今，全球已然形成三巨头竞争格局，分别是Synopsys（新思科技）、Cadence（铿腾电子）、Mentor（明导国际），三者共占超过80%的全球份额。
作为后来者，国内EDA产业发展如何？
就拿目前国内最具代表性、也是早期成立的公司之一——华大九天来说。主要产品包括模拟电路设计全流程EDA工具系统、数字电路设计EDA工具等EDA工具软件。
去年全年其市场份额占国内EDS市场约6%，是国内第四大EDA企业，且居本土EDA企业首位。前段科创板首发过会，成国内EDA第一股。
可以看到的是，国产EDA还有很长的路要走，但近几年也受到了不同层面的重视。
自2019年9月以来，在EDA设计软件领域，中国已有3家新的初创企业（芯华章、Shanghai Hejian Industrial Software、全芯智造）成立，高管几乎全来自三巨头企业。
前段时间，华为一口气投资了4家EDA公司，为的就是打破国外技术的垄断。
……
于是，在高校层面，国际会议ICCAD自然就成为不少学子的练兵场。
ICCAD会议始于1980年，是EDA领域历史最悠久的顶级学术会议之一。
而CAD Contest算法竞赛就是ICCAD会议中的标志性事件，参与今年竞赛的就有来自12个国家/地区的137支队伍参与，包括加州大学伯克利分校、香港中文大学等众多国内外知名高校与研究机构。
这一算法竞赛并不是纯学术类竞赛，而是由全球著名EDA或半导体公司将真实业务场景作为竞赛赛题。
吕志鹏教授团队这次参与的赛道，就是由全球EDA产业三巨头之一的新思科技（Synopsys）提出的Problem B：Routing with Cell Movement Advanced。
据官微介绍，华中科大解决的布局布线问题，EDA芯片后端设计中最重要的环节，直接影响芯片功耗、面积、时延等各项性能指标。
其中，布局过程需将一系列电路单元放置于给定的长方体空间中；而布线过程则需将属于同一个网的单元引脚用导线连接起来。
参赛算法需要在考虑空间容量、电压区、最小布线层、金属层布线方向等众多真实约束的情况下，确定每个单元在芯片内的位置，并同时为每个网规划无短路、无断路的信号传输路径，使得导线的加权总长度最短。
最终，吕志鹏教授团队所设计的算法在所有测试算例上均达到了竞赛中的最优结果。
从毫无芯片背景到全球第一
那么这样一支首战告捷的团队，究竟什么来头。
据介绍，团队共有五位成员，三位核心成员罗灿辉、梁镜湖和谢振轩都是华中科技大学计算机专业研究生，均来自吕志鹏教授的“智慧计算与优化”实验室。
其中谢振轩、梁镜湖均生于1999年，罗灿辉生于1998年，都不到24岁。
团队的指导人之一为苏宙行，是吕志鹏教授的一名博士生，本硕博都就就读于华中科技大学。
他的研究方向为NP-hard, 运筹学, 组合优化, 元启发式算法, 人工智能。
而由苏宙行和吕志鹏教授参与或领导的团队在此之前已经获得过多项荣誉：
团队导师吕志鹏，现任华中科技大学计算机软件与科学技术学院的博士生导师。
他本科就读于吉林大学，后在华中科技大学硕博连读，曾入选过“香江学者计划”和“新世纪优秀人才支持计划”，同时担任IJCAI, AAAI, AIJI、IEEE TEC等期刊的评审专家。
除此之外，他也担任了“智慧计算与优化”实验室的主任，这一实验室距今已有超过40年历史。
在2018年之前，吕志鹏的主要研究方向为智能优化与决策、机器学习、强化学习、人工智能应用、NP难问题求解等方面。
而在之后，专注算法研究的吕志鹏教授将目光投向了芯片设计领域。
而实验室中的成员大多都是计算机专业出身，毫无芯片背景，甚至就像这次团队中的罗灿辉说的一样：
往年我们没有过多关注芯片设计领域，都不知道有这项比赛。
但在全体师生的共同努力之下，今年3月份，团队已经获得了EDA物理设计领域ISPD会议“划分、布局和布线”算法竞赛全球第三名，也是进入决赛阶段唯一的中国队伍。
最终，ICCAD 2021会议在10月27日中宣布，吕志鹏教授团队所设计的启发式优化算法夺得了Problem B赛道中的第一名。
EDA后备军屡创佳绩
其实，在此之前，ICCAD学术竞赛上已经有过多所中国高校活跃的身影
比如在2017年、2018年、2019年的ICCAD竞赛中连续获得冠军的福州大学团队。
这是由福州大学数计学院的吴英杰教授和陈建利教授领导的一支团队，四位主要成员分别为邹鹏、吴媛媛、陈龙江、李进。
而这也是全球第一个在该赛事中三连冠的团队。
△陈建利教授，图源：福州新闻网
再比如香港中文大学。
自ICCAD CAD算法竞赛举办以来共产生过30个冠军，香港中文大学就拿到了其中11个，
△港中大2020年夺冠信息，图源：官网
还有台湾大学，也曾在往期的比赛中共夺得2个冠军。
最后，再回到华中科技大学的这支年轻的团队上。
大家可以戳下方链接，查看这次的试题及吕志鹏教授团队的具体解决方案：
试题链接：http://iccad-contest.org/2021/Problems.html
解决方案：http://iccad-contest.org/2021/ProblemB-cada0136.mp4
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