11月4日，在电子设计自动化（EDA）领域的国际会议计算机辅助设计国际会议（ICCAD2021）上，华中科技大学计算机学院吕志鹏教授团队获得了CAD Contest布局布线（Routing with Cell Movement Advanced）算法竞赛的第一名。团队成员还包括博士生苏宙行、研究生罗灿辉、梁镜湖和谢振轩。

吕志鹏教授团队合

ICCAD会议始于1980年，是电子设计自动化领域历史最悠久的顶级学术会议之一，其中CAD Contest算法竞赛作为会议的标志性事件，长期以来受到国际学术界与工业界的广泛关注。每届竞赛的赛题均来自Cadence、Synopsys、Mentor Graphics、Nvidia、IBM等全球著名EDA或半导体公司的真实业务场景，涵盖集成电路设计、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。本届CAD Contest算法竞赛共有来自12个国家/地区的137支队伍参与，包括众多国内外知名高校与研究机构，如加州大学伯克利分校、东京大学、台湾大学、香港中文大学、复旦大学等。

竞赛获奖证书：布局布线算法竞赛第一名

EDA是电子设计的基石产业，也被誉为“芯片之母”。本届竞赛的布局布线问题作为电子设计自动化芯片后端物理设计中最重要的环节，直接影响芯片的功耗、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。吕志鹏教授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。根据计算机辅助设计国际会议公布的竞赛结果，该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。据悉，今年是该团队首次参加ICCAD竞赛。

三维芯片设计布局布线示意图

电子设计自动化作为我国“卡脖子”关键技术之一，难点主要在于算法，其核心问题在算法上通常具有极高的计算复杂度，即为NP难问题。本次竞赛的布局布线问题，涉及了图着色、集合划分、二次指派、广义指派、斯坦纳树、斯坦纳森林等众多经典的NP难问题，是计算复杂性理论研究与实际工业应用相结合的典型场景。

芯片设计的复杂度

吕志鹏教授所在的实验室自成立至今的40余年来，一直聚焦于NP难问题的求解算法与工业应用研究，曾多次获得国际算法竞赛全球前三名，如：2021年GECCO“最优相机布局与集合覆盖”国际算法竞赛第一名；2021年ISPD“晶圆级物理建模”切分布局布线国际算法竞赛第三名；2020年GECCO“最优相机布局与集合覆盖”国际算法竞赛第一名；2018年SAT国际算法竞赛第三名；2017年SAT国际算法竞赛第一名；2016年ROADEF/EURO“液化气库存路由”国际算法挑战赛第三名；2010年国际护士排班算法竞赛第三名；2008年国际大学排课表算法竞赛第二名等。