纵览客户端讯(燕赵都市报纵览新闻记者 边义婷)11月18日,2022中国国际数字经济博览会“创芯中国”集成电路创新挑战赛优秀项目路演与人工智能芯片应用技术技能赛项圆满举行。本届大赛以“人才链赋能创新,以创新链牵引产业”为主题,聚焦集成电路产业发展的关键领域,围绕5G、人工智能、工业互联网、高端芯片、高端工业软件等产业领域及数智化应用场景,共20支队伍参与决赛环节的激烈角逐,争夺最终奖项。
大咖“云”集:共探我国集成电路产业发展
“人才是集成电路产业发展的第一资源,也是制约我国集成电路产业发展的关键瓶颈。”安徽大学电子科学与技术学院原院长、中国电子学会高级会员、安徽省半导体行业协会理事长陈军宁教授在致辞中表示,院校与企业作为专业技能人才培养最重要的平台,持续推动校企联动,促进教育资源、实践资源和创新资源的有效互通,实现深度产教融合是保障行业高质量、可持续发展的必然选项。当前,我国集成电路产业发展正处于攻坚期,突破核心技术瓶颈,增强内生发展动力,迫切需要大批领军人才、专业技术人才、经营管理人才、工匠型人才的支撑,培育发展我国集成电路产业的“人才家族”,对加快我国集成电路产业的发展具有巨大的现实意义。
“人工智能与集成电路是两个相辅相成、相互促进的高端技术领域。”中国人工智能学会理事、智慧能源专业委员会常务副主任委员、中国电力科学研究院首席专家李柏青教授表示,以集成电路为基础的芯片技术为人工智能技术的发展奠定基础,人工智能的发展离不开集成电路的支撑,在两者的良性互动下,人工智能与集成电路一定会走更远、走得更好,也会更多更好地造福全人类。
加拿大工程研究院院士、IEEE Fellow、IEEE杰出讲者于非院士为大赛作《人工智能推动数字经济发展》报告,从数字经济、人工智能、人工智能推动数字经济发展、人工智能的挑战与机遇四个方面做了详细深刻的解析,最新的人工智能进展,包括机器学习和深度学习,推动了数字经济的发展。但人工智能技术本身遇到的挑战,就是基于数据驱动、基于统计学习的人工智能,还需要进一步提升。
“直击”赛程:20支队伍激烈角逐
本次大赛征集到一批自主创新性强、应用前景好的新技术、新模式、新业态解决方案及应用案例等项目,并将项目划分为创新创业和技术技能两个赛道,自大赛启动以来吸引了近百支企业、高校参赛队伍报名,经过初赛、复赛层层选拔,最终遴选并推荐20支队伍进入决赛环节。通过来自工业和信息化部、知名院校、行业协会、投资机构等行业专家评委的见证和严格评审,大赛涌现出了一批优秀项目和出色技术技能选手。
在创新创业赛道,参赛选手分别从项目应用形态、产品创新、市场开拓、技术储备等方面分享了各自的项目情况,最终,获得一等奖的是北京智芯微电子科技有限公司【高能效人工智能视频一体化芯片研制及应用项目】、上海兆芯集成电路有限公司【基于兆芯处理器的政务协同创新应用项目】,获得二等奖的是北京视海芯图微电子有限公司【XD视觉芯片项目】、北京新光微电科技有限公司【基于能源互联网的宽带微功率无线芯片项目】、浙江博测半导体科技有限公司【功率半导体检测解决方案及关键设备项目】,获得三等奖的是中关村芯海择优科技有限公司【SCM131低功耗安全MCU在能源管控方面的应用项目】、北京中博汇信科技有限公司【基于乐鑫ESP32的教学辅助应用项目】、中科碳控(北京)科技有限公司【基于中国芯底座的双碳数字化解决方案项目】、北京中科新域科技有限公司【基于新唐nuc980的物联网关系统项目】、富奥通科技(北京)有限公司【基于微芯芯片的环境检测系统项目】。
在技术技能赛道,通过模拟仿真系统,参赛选手在“人工智能应用数据集制作”“人工智能应用模型训练”“智能自动驾驶场景综合应用”三个任务中充分展现了选手对人工智能技术应用设计、开发、系统管理与维护等技术技能的掌握和创新应用。
经过激烈角逐,河北轨道运输职业技术学院、河北石油职业技术大学两所院校队伍获得一等奖,长春职业技术学院、吉林工贸学校两所院校获得二等奖,江苏省镇江技师学院、江苏省镇江技师学院两所院校代表对获得三等奖,海南省技师学院、北京赛思博通智能科技有限公司等4家单位获得优胜奖。
技术技能赛项选手比赛界面及监控画面
“创芯中国”集成电路创新挑战赛由中国国际数字经济博览会组委会主办,中国电子信息产业发展研究院、河北省工业和信息化厅承办,中国半导体行业协会 、北京赛迪网信息技术有限公司协办,广东慧谷动力科技有限公司提供技术支持。本届大赛为河北省汇聚产业优质资源,为河北省集成电路产业引入并选拔出一批具备创新意识和创新能力的优秀团队,加速河北省“引资”“引智”“引技”进程,助力河北省集成电路产业链、价值链的高端攀升,支撑河北省数字经济发展总体布局起到了强有力的推动作用。
上海微电子中标长江存储光刻机!其他国产设备如何?前道光刻被荷兰ASML垄断,国产前道光刻机之路漫长修远在科技追赶的路上,上海微电子及时变现部分技术,成就了后道光刻机的国产化其他产业链设备情况如何呢结语
光刻机种类繁多,用途各异,以光刻机为代表的产品主要应用于四大领域:芯片制造、芯片先进封装、LED制造、下一代显示屏制造。
其中用于芯片先进封装的后道光刻机、LED制造、下一代显示屏制造,技术难度较低,我国已经可以实现国产化量产,比如上海微电子的后道光刻机,上海微电子中标长江存储的光刻机,是主要用于芯片封装的后道光刻设备。
但是在芯片产业链中,属于重中之重的前道光刻设备,我们还落后世界先进水平很多,上海微电子的前道设备目前只能实现90nm工艺制程,主要面向低端前道光刻机市场,当前上微的主要任务是:向可以完成28nm制程的193纳米ArF浸没式DUV光刻机,发起最后的国产化冲击。
前道光刻被荷兰ASML垄断,国产前道光刻机之路漫长修远光刻机作为前道工艺七大设备之首(光刻机、刻蚀机、镀膜设备、量测设备、清洗机、离子注入机、其他设备),价值含量极大,在制造设备中投资额中,单项占比高达23%,技术要求极高,涉及精密光学、精密运动、高精度环境控制等多项先进技术。光刻机是人类文明的智慧结晶,被誉为半导体工业皇冠上的明珠。
可以说,年产值几百亿美元的半导体设备支撑了年产值几千亿美元的半导体制造产业,而ASML几乎主导了整个高端光刻机设备市场。
除了目前可供台积电三星完成3nm 制程的EUV 光刻机,目前ASML的新一代极紫光刻机也正在商业化中。
台积电和三星电子从7纳米开始在一部分工程中导入了NA=0.33的EUV曝光设备,并且逐步在5纳米工艺中导入,据说,2纳米以后的超微缩工艺需要更高解析度的曝光设备、更高的NA化(NA=0.55)。ASML目前已经完成了高NA EUV曝光设备的基本设计(即NXE:5000系列),预计在2022年前后实现量产。
光刻机是国内半导体的一大关口,要想摆脱受制于人的被动局面,唯有一条路可走,那就是自研自产,这恐怕要以数年时间为计。要想在光刻机领域破局,是对国家工业技术、工业化能力、基础科研、人才机制、长期价值观等全方位的考验。
在科技追赶的路上,上海微电子及时变现部分技术,成就了后道光刻机的国产化同样是光刻机,虽然前道的产业化应用难度非常高,但是原理相同的后道光刻设备,在先进封装时代,其应用越来越广泛,可以说。上海微电子抓住了这个契机。
光刻机市场几乎被荷兰ASML、日本尼康和佳能、上海微电子四家所瓜分。尽管上海微电子只拥有低端光刻机市场,但毕竟我们拥有了光刻技术的发展根基。
上微的决策者们在决定以高端光刻机开发为主线的同时,把已经掌握或部分掌握的技术变成产品,切入半导体行业。上微中标长江存储的后道光刻机,就是基于这个思路,“沿途下蛋”各类科技产品。现在上海微电子生产的后道光刻设备,已经在国内相关产业占据了80%的市场份额,我们目前使用的手机中,都有上微自主研发的先进封装光刻技术在发挥作用。
而之前,后道光刻机则完全依赖于进口的。
其他产业链设备情况如何呢目前,我国主流设备中,去胶设备、刻蚀设备、热处理设备、清洗设备等的国产化率均已经达到20%以上。
介质刻蚀机
介质刻蚀机是我国最具优势的半导体设备。其代表厂商是中微公司、北方华创,以及屹唐半导体。其中,中微半导体在介质刻蚀领域较强,其产品已在包括台积电,SK海力士、中芯国际等厂商的20多条生产线上实现了量产。该公司5nm等离子体蚀刻机已通过台积电验证,已用于全球首条5nm工艺生产线。
中微半导体的刻蚀机成为我们首先进入世界先进制程的半导体产业链设备。
镀膜设备
中国设备厂商中,北方华创的薄膜沉积设备产品种类最多,其28nm硬掩膜PVD已实现量产,铜互连PVD、14nm硬掩膜PVD、Al PVD、LPCVD、ALD(原子沉积)设备已进入产线验证阶段。
2020年4月,北方华创宣布,其THEORISSN302D型12英寸氮化硅沉积设备进入国内集成电路制造龙头企业。 该设备的交付,意味着国产立式LPCVD设备在先进集成电路制造领域的应用拓展上实现重大进展。
清洗机
在中国的单圆片湿法设备厂商中,盛美半导体独家开发的空间交变相位移(SAPS)兆声波清洗设备和时序气穴振荡控制(TEBO)兆声波清洗设备已经成功进入韩国及中国的集成电路生产线。
北方华创的清洗设备也已成功进入中芯国际生产线。
量测设备
测试需求贯穿半导体设计、前道制造、后道封装全程。半导体检测的广泛应用以及对良率和成本的重要性,总体检测设备的投资与光刻、刻蚀等关键工艺相差无几。
目前半导体测试设备的国产化率仍不足10%。
国内主要的测试设备商包括华峰测控、长川科技、武汉精鸿等。其中在模拟测试机领域,华峰测控、长川科技已经占据国内相当一部分市场份额;在存储测试机领域,武汉精鸿已经取得长江存储订单;在SoC测试机领域,包括华峰测控等已经在积极布局。
离子注入机
离子注入机领域存在较高竞争壁垒,技术集中度较高,目前主要由美国厂商所垄断。数据显示,在离子注入机市场,美国应用材料(AppliedMaterials)、亚舍立(Axcelis)合计占据全球85%-90%的市场。根据中国国际招标网数据显示,中国本土主要晶圆产线的离子注入机国产化率仅为1%。
结语半导体设备行业被视作半导体芯片制造的基石,擎起了整个现代电子信息产业,是半导体行业的基础和核心。
我们必须正视的现实是:中国大陆芯片制造目前占全球份额的10%左右,而半导体设备的全球市场份额只有2%,设备关键零部件的全球市场份额接近于0。
半导体设备厂商目前面临的机遇与挑战并存。从容易的市场做起,先生存,再发展。就像上微的后道光刻设备,在半导体遭遇摩尔定律的瓶颈时,先进封装的作用将起到至关重要的作用,后道技术被大厂日渐重视,后道光刻成为上海微电子上攻前道光刻技术的本钱。
2021电气版cadwen10安装不出注册机闪退?
EDA作为集成电路产业的“掌上明珠”,是集成电路产业链中的重要一环,代表了当今集成电路设计的最新发展方向,成为当今的超大规模集成电路设计必不可少的工具。无论是移动设备、云数据中心、5G通信、无人驾驶、航空航天、医学设备还是工业机器人,无不需要使用高性能的芯片。由于芯片设计环节繁多精细且复杂,人工设计无法做到面面俱到,故需要更加自动化更加智能的芯片设计工具即EDA,以对芯片进行辅助设计。
EDA提供包括设计、仿真、分析验证等一系列芯片设计工具,通过硬件描述语言,EDA工具可以自动实现对电路逻辑的编译、化简、分割、布局、布线等流程。大大减少了芯片设计所需的时间和人力,进一步提升芯片的性能,同时大幅缩短了芯片迭代的周期,促进芯片行业的快速发展。
针对编译、化简、分割、布局、布线等流程的算法设计与优化也成了EDA工具设计的重中之重。EDA工具的进步可以推动整个集成电路的创新和发展,但EDA产业对人才的依赖性比较大。EDA比赛是企业发掘新生力量的良好平台,包括CADAthlon、CAD Contest、ISPD Contest、TAU Contest、IWLS Programming Contest等世界顶级EDA大赛,大都是由产业界命题,贴近产业界的实际应用,让参赛者了解EDA工具及其发展趋势,以吸引更多的研究生进入到EDA领域。
为了让大家对全球顶级EDA竞赛有所了解,芯思想研究院(ChipInsights)对全球主要EDA竞赛的情况进行了梳理,分享如下。
一、CADathlon@ICCAD
CADathlon Programming Contest@ICCAD被称为EDA领域的“奥林匹克运动会”,始于2002年,是一项具有挑战性的编程竞赛。
CADathlon Programming Contest@ICCAD要求是全日制在校读博士学位的CAD专业研究生参加,要求代表队两人一组,并在9小时内解决6个与EDA相关的难题。大赛为符合条件的参赛选手提供部分或全部费用。
CADathlon Programming Contest@ICCAD重点关注计算机辅助设计(CAD),尤其是电子设计自动化(EDA)前沿的实际问题。比赛强调CAD应用程序的算法技术知识、解决问题和编程技巧以及团队合作。CADathlon Programming Contest@ICCAD为学术界和工业界提供具有挑战性的问题和对冉冉升起的EDA新星的独特视角,有助于吸引顶尖研究生进入EDA领域。
CADathlon Programming Contest@ICCAD面向集成电路相关领域的全日制研究生,要求参赛队伍运用自己的编码和分析技巧来解决集成电路与系统中电子设计自动化,涉及电路设计与分析(Circuit Design and Analysis Physical Design)、物理设计和设计可制造性(Physical Design & Design for Manufacturability)、逻辑与高级综合(Logic and High-Level Synthesis)、系统设计与分析(System Design and Analysis)、功能验证和测试(Functional Verification)、新兴技术(Bio-EDA、安全、人工智能等)在EDA上的应用等多个方面的内容,需要参赛队伍综合运用EDA、计算机体系结构、及机器学习等各方面的知识解决问题。上述问题在以前的科学论文中有所描述。
奖项情况
由于部分年份的资料有缺失,统计存在不完整性,但整体分析还是有参考性。
CADathlon从举办以来,奖项主要由密歇根大学、伊利诺伊大学芝加哥分校、麻省理工学院、加利福尼亚大学伯克利分校、加利福尼亚大学洛杉矶分校、巴西南方大河联邦大学、西班牙加泰罗尼亚理工大学、台湾大学、台湾交通大学等九所高校分享。
按地区来分,中国台湾是获得第一名最多的地区,共计9.5个第一名;紧随其后的是美国,共计8个第一名。
按高校来分,台湾大学自2007年参赛以来,在张耀文教授和黄钟扬教授的带领下,共获得7.5个第一名(有一年和海外高校联合组队),成为CADathlon比赛获得第一名最多的高校;密歇根大学和加利福尼亚大学各获得三次,并列排名第二。
中国大陆参赛和获奖情况
2018年,北京大学高能效计算与应用中心的博士研究生魏学超和张文泰获得第一名,这是中国大陆在CADathlon比赛中的首个第一名,同时也是中国大陆在CADathlon唯一的一个奖项。
二、Contest@ISPD
国际物理设计研讨会(International Symposium on Physical Design,ISPD)主要是交流思想和促进VLSI系统物理设计研究。ISPD将展示全球最先进的研究,涉及与ASIC和FPGA相关的传统物理设计主题以及该领域的新兴技术。
Contest@ISPD作为ISPD研讨会的一部分,是全球三大顶尖国际物理设计学术竞赛之一,由全球研究计算机科学的权威学会ACM(Association for Computing Machinery)所举办。
Contest@ISPD竞赛于2005年首次举办,每年12月份由业界一流公司(IBM、Intel、Xilinx等)公布学术竞赛题目,3月份提交研发成果和软件系统,由业界公司负责提供测试电路,并测试参赛队伍所提交的软件系统,最后于3月底或4月初在年度ACM ISPD会议上公布竞赛结果。
奖项情况
从2005年至2021年,Contest@ISPD共计颁发21个第一名。
按地区来分,美国获得10个第一名,中国台湾获得5个第一名,中国香港和巴西各获得2个第一名,德国和加拿大各获得1个第一名。
按高校来分,密歇根大学在Igor L. Markov教授带领下获得4.5个第一名,台湾交通大学获得3个第一名,加利福尼亚大学获得2.5第一名。
中国大陆参赛和获奖情况
中国大陆自2010年首次参加Contest@ISPD,首支队伍来自清华大学;直到2019年,中国大陆才收获首个奖项,福州大学和台湾清华大学联合组队获得第三名;2020年,西安电子科技大学和鸿芯微纳联队获得第二名,是Contest@ISPD举办竞赛以来,中国大陆高校获得的最好成绩;2021年华中科技大学获得第三名。
中国大陆高校在Contest@ISPD比赛中还未曾获得第一名,希望多多加油。
三、TAU Contest
数字电路时序分析竞赛“TAU Contest”始于2011年,是由国际计算机协会ACM所举办的专业赛事。每年10月由命题厂商公布竞赛题目,次年2月提交模型和代码程序。该赛题一般由IBM、Cadence、Synopsys、TMSC等国际顶尖公司参与命题,并通过标准测试电路来评选参赛队伍所提交代码程序,最后由“国际数字集成电路与系统的时序分析与综合研讨会(ACM International Workshop on Timing Issues in the Specification andSynthesis of Digital Systems)”公布竞赛结果。
时序分析是贯穿整个数字电路设计流程的重要问题。近年竞赛题目皆为当今产学界研究时序分析的重要议题,吸引了包括:清华大学、北京大学、东南大学、台湾清华大学、台湾交通大学、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、德克萨斯大学奥斯汀分校、德克萨斯农工大学、等国内外顶尖高校和团队的参与,多年来已成为电子设计自动化领域(EDA)的知名竞赛。
从2011年至2021年共有来自8个国家和地区的30所高校和研究机构参赛。
奖项情况
TAU Contest总计颁发11个第一名。
按地区来分,中国台湾获得4个第一名,美国获得3个第一名,希腊获得2个第一名,中国大陆和印度各获得1个第一名。
按高校来分,台湾交通大学在江蕙如教授的带领下共获得4个第一名(其中有两年与台湾大学联合组队);伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校获得3个第一名。
中国大陆参赛和获奖情况
中国大陆只参加过6届比赛,分别是清华大学(2011年、2012年、2013年)、北京大学(2014年)、东南大学(2020年、2021年)。
2011年在首届全球TAU Contest中,清华大学团队获得首个第一名,是中国大陆在各大EDA竞赛中获得首个第一名;2012年,该团队继续参赛,可惜落后于伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校团队,只获得第二名。
从2013年到2019年中国大陆一直与该奖项无缘,主要是因为中国大陆在时序分析方面研究的人员少,导致参赛也少。
2020年开始,东南大学ASIC中心团队连续两年进入前三,获得提名奖。
四、CAD Contest@ICCAD
CAD Contest@ICCAD(国际计算机辅助设计会议)算法竞赛作为EDA领域的年度盛事,是EDA领域影响范围最广、影响力最大的国际学术竞赛,一直受到国际学术界与工业界的广泛关注。
CAD Contest@ICCAD算法竞赛前身为中国台湾1999年开始的省内CAD比赛,CAD比赛每年都吸引数百名台湾各大学院校相关科系师生参与,为台湾的EDA领域和半导体行业培养了大量人才。目前中国台湾还保留有CAD比赛省内赛。
从2012年起,CAD比赛得到了IEEE CEDA和ACM的支持,成为了国际化赛事,升级为CAD Contest@ICCAD,由IEEE CEDA、ACM SIGDA和工业界Cadence、Synopsys等共同赞助。
CAD Contest@ICCAD每年举行一次,针对当前集成电路设计自动化所面临的亟需解决的问题,每年有三道不同的赛题,赛题均来自Cadence、Synopsys、Siemens EDA、Nvidia、IBM等全球著名EDA或半导体公司的真实业务场景,期望对目前集成电路工业界遇到的最困难的设计问题研发出更好的解决办法,竞赛的结果可以直接转化为工业界的解决方案,对集成电路计算机辅助设计领域的发展有很大的促进作用。
CAD Contest@ICCAD于每年2月公布竞赛题目,5月报名截止,参赛团队需在6月和6月分别提交“alpha test”和“beta test”版本,并于8月提交最终研发成果和竞赛软件系统。之后,所提交的软件系统由工业界公司负责测试,并在每年11 月召开的ICCAD会议上公布最终竞赛结果。
赛题针对集成电路设计、制造与测试等环节中的核心算法难题,如逻辑综合、布局布线、等价验证、时序分析等,覆盖了EDA前端(front-end)和后端(back-end),同时出题公司会提供工业级数据进行测试。参赛者可以参加一道或多道题目。经过数月的激烈竞争,最终奖项会在ICCAD会议上揭晓和颁布。
自2012年CAD Contest@ICCAD首次举办以来,平均每年有来自10 个国家和地区的100 支队伍参赛,带动了学术界和工业界的紧密合作。在竞赛结束后,它所提供的实际问题和工业数据也为EDA研究提供了方向。CAD Contest@ICCAD促进了富有成效的产学合作,并在顶级会议和期刊上发表了数百篇论文。CAD Contest@ICCAD无疑促进了EDA研究并不断增强其影响力。
参赛的高校包括斯坦福大学、麻省理工学院、东京大学、德州大学奥斯汀分校、犹他大学、香港中文大学、清华大学、复旦大学、福州大学、华中科技大学、台湾大学等。
截止2021年,共有来自26个国家和地区约1200支队伍参赛。其中中国大陆、中国香港、中国台湾、美国等四个国家和地区自2012年连续10年有队伍参赛;自2013年开始,俄罗斯、巴西连续9年有队伍参赛。近三年来更是吸引了马来西亚、越南、印度尼西亚、尼泊尔、孟加拉国等多个南亚国家组队参赛。组队参赛的国家和地区由2012年的7个增加至约20个,队伍由2012年的56支增加至约200支。
奖项情况
由于奖项并列和空缺的原因,2012年至2021年10年间,共产生了31个第一名(其中2013年的Problem B产生了两个第一名)、30个第二名(2013年有空缺,2019年有并列)、28个第三名(2019年和2021年有空缺),前三名合计89个,中国大陆、中国香港、中国台湾等华人圈前三名总数75个,约占前三名总数的84%。
按地区来分,美国获得3个第一名,巴西获得2个第一名,俄罗斯和伊朗各获得1个第一名;中国大陆、中国香港、中国台湾共计获得24个第一名,其中中国大陆获得4个第一名,中国香港获得11个第一名,中国台湾获得9个第一名,合计占第一名总数31个的78%。
按学校分,香港中文大学在黄定发教授、杨凤如教授和余备教授的带领下,共计获得11个第一名,成绩遥遥领先于全球其他顶级高校;福州大学、台湾中正大学、台湾大学各有3个第一名,华中科技大学、台湾清华大学、台湾交通大学、台湾中央大学、美国加州大学伯克利分校、美国密歇根大学、美国卡内基梅隆大学、俄罗斯莫斯科罗蒙诺索夫国立大学、巴西圣卡塔琳娜联邦大学、巴西南大河联邦大学、伊朗沙希德巴霍纳尔克尔曼大学各1次。
中国大陆参赛和获奖情况
中国大陆的4个第一名分别是福州大学和华中科技大学取得,其中福州大学在2017年、2018年、2019年连续三年夺得第一名,华中科技大学2021年首次参赛就获得第一名。
2017年,福州大学团队首次获得第一名,这也是该赛事有史以来中国大陆首次获得第一名。本次福州大学参加的ICCAD竞赛题目Multi-deck Standard Cell Legalization是由明导公司(Mentor Graphics,现Siemens EDA)与美国美高森美公司(Micosemi)共同出题。此问题是当前集成电路先进制程下集成电路设计自动化所面临的难题之一,福州大学团队将题目要求的所有例子全部解出,并且每组测试数据都得到最好的结果,体现出团队所设计的算法的巨大优势。
2018年,福州大学团队第二次获得第一名。本次福州大学参加的ICCAD竞赛题目Timing-aware fill insertion是由美国新思科技(Synopsys)出题。此问题是当前集成电路先进制程下集成电路设计自动化和制造所面临的难题之一,旨在为每个金属层填充适当的金属填料,使得填充的结果满足所有的设计规则(包括最小间距、最大填充长度等)和密度约束且关键线网的总电容和运行时间等目标尽可能小。
2019年,福州大学团队第三次获得第一名。这是福州大学团队三年来在该赛事上取得的第三个冠军。本次福州大学参加的ICCAD竞赛题目System-level FPGA routing with timing division multiplexing technique是由美国新思科技(Synopsys)出题。此问题是系统级FPGA布线问题的时间复用技术所带来的延时问题,旨在为FPGA中每个网络布线使其满足连通性,并为每个连接信号分配传输速率使同连接线上的分配满足传输约束且使系统的最大延时和运行时间目标尽可能小。
2021年,华中科技大学团队获得第一名。本次比赛是该团队首次参加该项赛事。华中科技大学参加的ICCAD竞赛题目Routing with Cell Movement Advanced由美国新思科技(Synopsys)台湾分公司出题。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。该赛题充分体现了此次竞赛对EDA产业界的重要现实意义。团队所设计的启发式优化算法,在冗余导线检测、布线环路消除、并行化邻域评估加速、布局调整最优移动区域识别等多项关键技术上实现了突破。
其他奖项包括:复旦大学获得1次第二名和2次第三名;西安电子科技大学获得1次第三名。
五、Programming Contest@IWLS
Programming Contest@IWLS始于2017年,是由IEEE/ACM International Workshop on Logic & Synthesis(IWLS)举办的程序研发竞赛,以逻辑综合(Logic Synthesis)和工具研发为竞赛主题。
每年的竞赛由业界一流公司(Synopsys、Xilinx、Google等)公布竞赛题目,期望透过逻辑综合缓解电路设计方面的挑战。
奖项情况
按地区来分,中国台湾获得2个第一名(2018年、2019年),美国获得1.5个第一名(2020年和日本高校合作,2021年),巴西获得1个第一名(2017年),日本获得0.5个第一名(2020年和美国高校合作)。
按高校来分,台湾大学团队获得2个第一名(2018年、2019年)及两个第二名(2017年、2021年)的成绩,居全球高校第一。
中国大陆参赛和获奖情况
2019年,上海交通大学密歇根学院的孟畅获得第二名的成绩,这是中国大陆高校在该赛事中取得的最好成绩。
六、竞赛对产业的影响
相关竞赛成果有的进行了产业化,对于EDA产业产生了促进作用。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校团队在2015年首次提出时序分析引擎OpenTimer,2019年推出第二代OpenTimer。
台湾大学团队提出的mixed-size placement工具NTUplace连续两代进行了产业化,2008年NTUplace3技转思源科技(SpringSoft)成为Custom Digital Placer(Laker)的核心引擎;2015年NTUplace4技转至达科技(Maxeda)。
福州大学团队在CAD Contest@ICCAD大赛中提出的6T&6T PPNN单元布局方法已转让给华大九天,并已集成到华大九天的新一批产教融合解决方案工具中。
七、华人在大赛中的整体表现
根据芯思想研究院梳理的各大竞赛获奖数据,打眼一看,满篇都是华人的名字。
CADAthlon、CAD Contest、ISPD Contest、TAU Contest、IWLS Programming Contest等各大EDA竞赛共计颁发了91个第一名,其中全部由华人组成的团队获得59个,占比65%;共计颁发了82个第二名,其中全部由华人组成的团队获得62个,占比76%;共计颁发了61个第三名,其中全部由华人组成的团队获得45个,占比74%;合计前三234个,华人团队166个,合计占比71%。
从地区来看,在CADAthlon、CAD Contest、ISPD Contest、TAU Contest、IWLS Programming Contest等各大赛事中,中国台湾共获得28.5个第一名,位居全球第一;前三奖项累计获得96个,位居全球第一。中国香港在各大赛事中共获得13个第一名,位居全球第二;前三奖项累计获得30个,位居全球第二。中国大陆在各大赛事中共获得6个第一名,位居全球第四;前三奖项累计获得15个,位居全球第四。
从高校来看,台湾大学在各大赛事中均获得过第一名,独立获得13个第一名,和台湾交通大学合作获得2个第一名,和洛桑联邦理工学院合作获得1个第一名,总计获得14.5个第一名,前三奖项累计获得50.5个。香港中文大学在CADAthlon、CAD Contest、ISPD Contest赛事中均获得过奖项,总计独立获得13次第一名,其中在CAD Contest@ICCAD竞赛中获得11个第一名,遥遥领先全球其他高校;在Contest@ISPD竞赛中获得2个第一名,前三奖项累计获得30个。台湾交通大学总计获得8个第一名,前三奖项累计获得17.5个;台湾清华大学总计获得2个第一名,前三奖项累计获得15.5个。
八、获奖队员的去向(部分)
CADathlon@ICCAD 2007第一名获奖者台湾大学的陈东杰(Tung-Chieh Chen)毕业后加入思源科技;2015年和张耀文教授依托NTUplace4架构联合创办Maxeda至达科技,担任CEO;
Contest@ISPD2009第一名获奖者台湾交通大学的Wen-Hao Liu(2013年博士毕业)现任职于Cadence;
TAU Contest 2011第一名获奖者清华大学的杨建磊2014年毕业后到美国匹兹堡大学智能进化实验室从事博士后研究,2016年任教于北京航空航天大学;
CAD Contest@ICCAD 2012、2013、2014第一名获奖者香港中文大学的魏星(Xing Wei,2014年博士毕业)、刁屹(Yi Diao,2015年博士毕业)、林德基(Tak-Kei Lam,2013年博士毕业)和吴有亮教授于2014年联合创立了EDA公司奇捷科技(Easy-Logic),推出的自动处理Functional ECO问题的EDA工具EasyECO可以在Premask、Postmask等多个阶段进行逻辑修正操作,并且已经支持7纳米的先进工艺;
CAD Contest@ICCAD 2012第二名获得者德克萨斯大学奥斯汀分校的余备(Bei Yu)现任教于香港中文大学;近年其团队在国际EDA大赛中势头很猛;
CAD Contest@ICCAD 2013第一名获奖者香港中文大学的Jian Kuang(2016年博士毕业)毕业后加入Facebook;
CAD Contest@ICCAD 2013第一名获奖者香港中文大学的Wing-Kai Chow(2018年博士毕业)毕业后加入Cadence;
CAD Contest@ICCAD 2013第一名获奖者香港中文大学的贺旭(Xu He)毕业后任教于湖南大学信息科学与工程学院;
TAU Contest 2014第一名获奖者伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的黄琮蔚(Tsung-Wei Huang)毕业后任教于犹他大学电气与计算机工程系;
CAD Contest@ICCAD 2015第一名获奖者香港中文大学的陈耿杰(Gengjie Chen,2019年博士毕业)毕业后加入鸿芯微纳,2020年10月加入华为;
TAU Contest 2015第一名获奖者台湾交通大学的Pei-Yu Lee先后就职于至达科技、新思科技,现任职于Cadence;
CAD Contest@ICCAD 2016第一名获奖者香港中文大学的贝泽华(Chak-Wa Pui,2019年博士毕业)毕业后加入Cadence;2021年3月加入华为诺亚方舟实验室;
CAD Contest@ICCAD 2016第一名获奖者香港中文大学的涂沛珊(Peishan Tu)毕业后留校;
CAD Contest@ICCAD 2017第一名获奖者福州大学的朱自然(Ziran Zhu)毕业后任教于东南大学ASIC中心;
Contest@ISPD 2017第一名获奖者德克萨斯大学奥斯汀分校的林亦波(Yibo Lin,2018年博士毕业)毕业后任教于北京大学信息科学技术学院;
CAD Contest@ICCAD 2018第一名获奖者香港中文大学的陈劲松(Jingsong Chen,2021年博士毕业)毕业后加入华为;
九、中国大陆高校的EDA研究
从各大赛事的参赛队伍也可以大致看出,中国大陆高校对EDA的研究方向。由于1994年至2008年,中国大陆在EDA领域有差不多十五年的低迷期。很多高校失去了EDA的研究条件和生存环境,使得很多项目搞不下去,老师开始转型,导致高校从事EDA研究的人员越来越少。
中国大陆有北京大学、清华大学、福州大学、华中科技大学、复旦大学、东南大学、上海交通大学、西安电子科技大学等八所高校在各大EDA竞赛中获得奖项,其中仅有北京大学、清华大学、福州大学、华中科技大学等四所高校在各大竞赛中获得过第一名。
目前,中国大陆设有EDA相关研究方向的高校主要有:
清华大学是国内较早从事EDA研究的高校,洪先龙教授和边计年教授做物理实现和逻辑综合,两位老先生的学生大部分去了三大EDA公司。清华大学当前的研究方向包括逻辑综合、布局布线、电源网络等,2010年初期三次参加TAU Contest竞赛,目前主要以CAD Contest@ICCAD和Contest@ISPD竞赛为主。
北京大学研究方向包括布局布线、FPGA设计自动化的可重构算法。多次出现在CADathlon@ICCAD、Contest@ISPD和TAU赛场。
复旦大学当前的研究方向包括物理实现、参数提取、逻辑综合、可制造性设计等方向。复旦大学已经多次出现在CAD Contest@ICCAD赛场。
福州大学早期EDA研究始于范更华教授和朱文兴教授,当前的研究方向主要是物理实现。福州大学团队曾连续三年在CAD Contest@ICCAD夺冠。
东南大学目前研究方向是亚阈值和近阈值相关的时序分析,2020年和2021年连续两年参加TAU Contest竞赛,均进入前三。2020年和国微集团成立EDA联合实验室,瞄准EDA共性技术研发。
西安电子科技大学在国内较早开始从事成品率分析算法的研究,并且一直在宽禁带半导体的器件建模、可靠性分析等领域有深入的研究和突出的成果,为国内相关EDA工具的研究培养了大量人才。在2019年和囯微建立EDA研究院之后,开始进入布局布线和原型验证领域。2020年首次在国际EDA赛场亮相,就取得Contest@ISPD第二名和CAD Contest@ICCAD第三名的成绩。
上海交通大学研发出我国首套系列化“射频集成电路EDA商用软件工具”,功能涵盖射频电路电磁和多物理特性建模仿真、自动化综合设计、多性能多功能协同设计等;近几年从国外引进新人,开始研发高层次逻辑综合。
十、结语
拿到国际EDA竞赛的第一名,更多的是体现了对芯片产业科研投入和人才培养的的提升,还不能等同于国产EDA技术的突破,毕竟这些竞赛就是由新思科技(Synopsys)、楷登电子(Cadence)、Siemens EDA(原Mentor)等EDA巨头提出的问题,问题的解决更加完善三巨头的产品。
目前中国大陆EDA比赛也逐渐增多,比如中国电子学会主办、ICisC运营的“集成电路EDA设计精英挑战赛”,工信部人才交流中心主办的“全国大学生集成电路创新创业大赛”的华大九天赛道,中国学位与研究生教育学会、中国科协青少年科技中心联合主办的中国研究生创“芯”大赛也增设EDA算法赛题,以及工信部等五部委主办的全国工业和信息化技术技能大赛集成电路EDA开发应用赛项也在2021年开赛,这些大赛都将促进中国大陆EDA产业的发展。
笔者认为,为了加强和国际EDA赛事的衔接,也为了有更多队伍参与国际大赛,中国大陆可以参照国际EDA赛事的赛制,以国际赛事的赛题为基础,增加中国大陆EDA公司的赛题,组织各大国际赛事的国内挑战赛,以鼓励高校学生热积极参与竞赛。
我们更期待的是像华大九天等公司未来也能成为ICCAD竞赛的出题者,或者更进一步中国大陆主办的EDA会议和竞赛也能进入到国际顶级行列。
致谢
本文在写作过程得到东南大学国家ASIC工程中心杨军老师、朱自然老师、闫浩老师,西南交通大学信息科学与技术学院邸志雄老师,上海交通大学钱炜慷老师,以及香港中文大学余备老师团队的帮助,在此一并致谢。
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大学生有什么好容易得奖的国家级比赛吗?
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1、数学建模
数学建模就是通过计算得到的结果来解释实际问题,并接受实际的检验,来建立数学模型的全过程。
当需要从定量的角度分析和研究一个实际问题时,人们就要在深入调查研究、了解对象信息、作出简化假设、分析内在规律等工作的基础上,用数学的符号和语言作表述来建立数学模型。
2、挑战杯
是"挑战杯"全国大学生系列科技学术竞赛的简称,是由共青团中央、中国科协、教育部和全国学联、地方省级人民政府共同主办的全国性的大学生课外学术科技创业类竞赛,承办高校为国内著名大学。
"挑战杯"竞赛在中国共有两个并列项目,一个是"挑战杯"全国大学生课外学术科技作品竞赛(大挑);另一个则是"挑战杯"中国大学生创业计划竞赛(小挑)。这两个项目的全国竞赛交叉轮流开展,每个项目每两年举办一届。
"挑战杯"系列竞赛被誉为中国大学生学生科技创新创业的"奥林匹克"盛会,是目前国内大学生最关注最热门的全国性竞赛,也是全国最具代表性、权威性、示范性、导向性的大学生竞赛。