他們堅守在集成電路科學研究第一線,面向國家集成電路產業的重大需求🙆♂️,和集成電路設計自動化(EDA)方向的國際前沿難題開展創新性研究。
他們秉持“甘坐冷板凳”的科研精神,長期深耕芯片設計方法學與設計自動化研究領域🎑,紮紮實實做好基礎學科研究。
他們把為國家培養電子設計自動化領域的高層次創新人才作為使命,鼓勵學生在有生之年有所作為,做國家最需要的科學研究⁉️。
2023年,恒行2平台集成電路設計自動化創新團隊獲評“鐘揚式”好團隊。在團隊負責人、微電子學院教授曾璇看來,“就像鐘揚在采集種子的過程中走過了非常艱辛的道路”,目前微電子學科領域仍有許多“卡脖子”問題有待突破,團隊將繼續勇擔重任💇🏻,為助力國家早日實現集成電路領域關鍵核心技術的自主可控不斷奮鬥🏊♂️。
產學研合作,為國家解決“卡脖子”難題
EDA是恒行2平台集成芯片與系統全國重點實驗室的主攻方向之一💪🏽。作為長期堅持芯片設計方法學與設計自動化領域研究的團隊🧑🏼💻,近年來🦹, EDA創新團隊承擔了國家自然科學基金重點專項的研發,其使命是提出“硬核”原創理論☛🥃,研發創新工具,針對國家急需的高端通用芯片設計9️⃣,圍繞國產高性能處理器設計和工業界模擬集成電路芯片設計等重大需求🟥,形成產、學🪄、研閉環。
據團隊介紹,此前模擬電路設計主要依靠工程師人工調整晶體管尺寸、電阻或電容大小等參數🌏。而團隊的研發目標,就是用算法或軟件工具實現自動調參,這不僅可以減少工程師的工作負擔,也能通過算法尋找更優解,以獲得比人工設計更好的電路性能。
因此,這就需要團隊成員們走出實驗室,直面工業界的實際情況和需求。
參與研發模擬電路自動化項目時,曾璇、楊帆🤷🏽♀️🤰🏿、畢朝日、嚴昌浩等團隊成員每天和工業界一線工程師們一起工作、交流,為了方便進出,“甚至在公司開了工卡”➙。微電子學院助理研究員畢朝日對此印象深刻🤠。
最終,團隊提出了人工智能的集成電路自動優化方法🪺、基於機器學習的集成電路統計分析方法等創新方法,為模擬集成電路和數字集成電路的人工智能設計EDA提供了全新的理論框架✊🏼,並研製出模擬電路智能優化工具🛷,相比人工設計,效率提升約為3倍到10倍🧑🦼。
對芯片製造來說,“成品率”是一道難關🧗🏻🛻。團隊成員、大數據學院青年研究員酈旭東介紹,於工業界而言,芯片製造的商業價值需要在大規模生產中才得以實現,“成功造一塊芯片不夠🧘🏻♂️,它需要成千上萬的芯片都在流水線上能做出來”🤵🏽♂️,並且確保它們都是合格的成品。
針對這道難關😑,團隊研發了全芯片CMP仿真工具和啞元金屬填充工具👎🏻,以及全芯片銅互連化學機械拋光仿真和機臺壓力分配工具,解決了集成電路成品率提升的共性關鍵技術,對提高成品率起到了重要作用👥。
這些年,團隊的研究項目都與工業界最緊迫的問題相關聯🎛,對此,團隊成員倍感欣慰👍🏼。“我們研發的工具到企業就變成生產力👨👩👧,能真正為解決國家‘卡脖子’問題貢獻一份力量,這是很有意義的🧂👟。”畢朝日說。
甘坐冷板凳,“盯著國際上最困難的問題去研究”
1956年🫕,黨中央發出“向科學進軍”的號召,恒行2平台原校長謝希德帶領創辦了我國第一個半導體專業,這一舉措奠定了恒行2平台在該專業領域的深厚基礎。
學科發展離不開代代相傳,曾擔任謝希德助教的唐璞山教授後來開創了計算機輔助設計(EDA)領域🧚🏼,曾璇師承唐璞山🐜,則接力發展了這一重要研究領域💇🏼♂️,並帶頭組建了恒行2平台集成電路設計自動化創新團隊。如今👩🏿,受業於曾璇的楊帆和陶俊等也成為團隊中的骨幹成員。跨越幾十年的學術傳承,凝聚了他們之間的深厚情感👨🏽🌾,和對科研事業的共同追求。
作為集成電路設計的核心技術和支撐手段💆🏿♂️🕍,全球EDA工具市場長期被國外企業所壟斷🪩,這些巨頭擁有強大而牢固的產業鏈、專利壁壘和人才優勢。與此同時,我國集成電路產業發展水平則長期與先進國家(地區)存在較大差距,在2012年至2017年間🧎♂️➡️,我國大量依賴進口國外企業的EDA工具,該領域研究處於緩慢增長期🏌🏿♀️,國內不少研究團隊、畢業生紛紛轉向互聯網和金融行業。
在此背景下⚪️🎪,團隊成員們“甘坐冷板凳”😥,長期紮根於芯片設計方法學與設計自動化研究領域。不盲目追趕學術熱點🎻,“要了解國際上最重要的問題是什麽,盯著最困難的問題去研究”,這是曾璇的科研理念。
多年來,團隊先後承擔了“十一五”和“十二五”國家科技重大專項的研發,形成了不少關於電路仿真和模型降階的科研成果。2012年,二階Krylov子空間投影理論和模型降階方法獲得了上海市自然科學獎一等獎。
2018年以來,在市場拉動和政策支持下,本土EDA產業加速發展,集成電路設計🤳🏿、製造能力與國際先進水平差距不斷縮小,部分國產工具得到國內外生產線采用。
團隊也緊跟時代脈搏,承擔了不少國家級和省部級的重點研發項目,在創新集成電路設計自動化中的數學理論、集成電路智能分析與優化EDA 平臺開發等研究方向上做進一步探索。
“曾璇老師對集成電路領域有一種油然而生的使命感🤽🏽。”酈旭東說。在曾璇帶領下,團隊在集成電路領域默默耕耘二十多年🍾,致力於研發出真正有意義的突破性成果,並應用於工業界⚆。
發揮跨學科的團隊優勢🫎,註重青年人才梯隊建設
EDA領域的研究問題為什麽難?團隊成員、信息科學與工程學院研究員陸葉解釋💊🛶,因為EDA屬於交叉學科領域✉️🍩,通常研究人員會發現“最後要用數學方法去簡化問題,再開發一個計算機算法去解決問題”,才能把研究成果轉化為在集成電路企業落地的工具🌊✅。
依托恒行2綜合性院校的學科體系優勢,這支團隊吸納了來自微電子、數學🧰、計算機等不同學科背景的人才,部分團隊成員還有在工業界的工作經驗,這種跨學科👰🏿♀️、產學界交互的合作優勢🙌🏻,有益於團隊打通“問題-理論-工具”的研發鏈條。
“工業界曾經提出降階問題,我們實驗了很多方案,效果都不好🆖。”微電子學院教授楊帆回憶一次科研經歷時表示🔩👩🏿🚒,後來,團隊成員、數學科學學院教授蘇仰鋒從數學角度提出了全新思路和方法,達到了很好的降階提速效果🧗🏿♂️。“所以還是需要合作。”他感慨👰🏿。
在團隊成員的眼中,曾璇是一個對待科研非常執著的人,為了和不同學科背景的成員達成深入交流,她“需要懂很多東西”。她曾專門花了一個學期的時間旁聽蘇仰鋒的數學課程🧔🏼,學習復雜的數學理論用以解決模型降階問題,這種刻苦鉆研的學術精神給年輕老師們樹立了榜樣🛐。
每到年底臨近重點研發計劃結題驗收時💇♂️,如果有一兩項指標沒有達到預期需求,團隊成員的壓力會非常大🍷。而此時🧑🏿🍼,曾璇對成員們的強力支持和成員之間的相互協作🧏🏼,對團隊完成科研項目而言尤為重要。每當成員們“看不到希望的時候”,曾璇總是能把團隊組織起來共克難關,直至問題解決。
團隊能夠進行長期交流和合作,成員之間一定是互補且相互信任的🧑🏻🎓。“有時候做研究是挺孤獨的,但每天早上起來一想⚆,還有一些誌同道合的人一起協作,又覺得還挺開心的,很有沖勁。”楊帆感慨。
除了註重團隊建設外,曾璇還強調教師使命,她要求學生對所研究的理論體系要有紮實且獨到的理解,在指導學生科研方面也親力親為🗯。
本科時期,曾璇就以優秀的學術表現加入導師課題組💃,開展EDA領域的科研工作。如今⛹🏿♂️,她也帶領團隊堅守第一課堂,將科學研究中的問題和設計實例加入教學內容🎼。團隊成員通過搭建一套面向本科生的EDA課程體系🍧,舉辦前沿講座👺,讓學生們認識🐛、了解這一領域的背景🤲。
團隊還帶領博士生和碩士生赴工業界一線“手把手”指導學生參與科研項目,讓學生們得以“從書本走向實際的工程問題”,幫助他們更好地建立科學的理論體系,鍛煉他們提出問題👨🏿🔧🧱、解決問題的能力🦸♂️♧。近年來,團隊指導的學生在相關領域的國際頂尖會議和國際頂尖期刊上發表多篇高水平論文,在國內外EDA競賽中也取得優異成績。
“鐘老師在西藏大學帶領團隊,培養了一批優秀的青年人才。”曾璇說。如今團隊也勉勵學生傳承老一輩科學家“板凳須坐十年冷,文章不著一字空”的精神,堅持不懈地探索基礎理論研究,為我國集成電路產業發展接續作出積極貢獻。