作為芯片布局設計的重要一環，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的“卡脖子”技術。歷經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

踏上自主研發之路

“PCB是集成電子元器件、實現控制功能的載體，幾乎所有的電子產品都會用到，俗稱‘電子產品之母’。”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—華為創新實驗室，共同研發PCB布線算法。自此，6名大學導師和18名福州大學數學系、計算機系、微電子系研究生踏上了自主研發道路。

接續奮斗攻關

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模集成電路設計中的應用，踏出理論研究的第一步。隨后，數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新突破。15年后，全新PCB高效自動布線器研發出來，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。

根據項目內容，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的師生負責場景設計，提供案例需求，數學系負責算法設計，微電子系編寫代碼，進行結果測試。這是一場需要團隊通力合作的拉鋸戰。

溫超越回憶說，“我還記得，曾經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，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，團隊研發出一種PCB高效自動布線器，能以最短時間、最優效果尋得最優路徑，整體提高了電路系統性能。溫超越告訴記者：“國外布線軟件布線結構不一、占用層數多，我們的軟件走線更加簡潔整齊，拓撲結構統一。接下來，我們將繼續完善這一方案。”

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后繼續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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