你知道什么是EDA吗？EDA是电子设计自动化的简称。2021年，在EDA领域顶级国际会议ICCAD 2021上，华中科技大学计算机学院吕志鹏教授团队获得了CAD Contest布局布线算法竞赛的第一名。EDA被誉为“芯片之母”，这几年，围绕着芯片技术发展的议题一直热度不减，而EDA则是芯片制造的前端技术，是我国“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。华中科技大学吕志鹏教授团队拿下EDA全球冠军，这对我国的芯片行业有十分重大的意义，我国首次获得该项目冠军，在国内外都引起了极大的关注。本期光谷课程我们邀请了吕志鹏教授来给同学们讲一讲，什么是EDA，EDA之于芯片技术的发展有何重大意义，而我国芯片制造之路还要经历什么样的发展之路。

吕志鹏教授现任华中科技大学计算机学院人工智能与优化研究所所长，是湖北省“荆楚工匠”、湖北省高技能人才技能大赛 “十佳绝活奖”、教育部“新世纪优秀人才计划”获得者。主要研究方向为电子设计自动化（EDA）、工业优化、调度与规划、NP难问题求解等。所在团队自成立至今40余年来，一直聚焦于NP难问题的求解算法研究与工业应用。

首先，吕志鹏教授给同学们介绍了到底什么是“EDA”，最近几年，“EDA”作为一个网络热词，经常出现在各大新闻和网站上，“EDA”即电子设计自动化（英语：Electronic design automation的缩写）是指利用计算机辅助设计（CAD）软件，来完成超大规模集成电路（VLSI）芯片的功能设计、综合、验证、物理设计（包括布局、布线、版图、设计规则检查等）等流程的设计方式。在芯片设计中，EDA是芯片制造的前端技术，正如装修房子的时候，进行屋内水电布局一样，EDA技术就是通过软件模拟设计芯片中半导体、晶体管的布局，来实现最优化设计。可以说，谁掌握了最优的EDA，谁就掌握了高端工业领域的主导权，而当前，全球90%以上的EDA工具都被美国控制。在EDA作为上游技术对芯片布局进行科学设计以后，再通过光刻机来实现芯片制造，最后做封装测试。说起来简单，但芯片制造流程实际上是十分复杂的，涵盖多种工艺，涉及几千个行业领域的共同合作。EDA在全球高端制造技术市场规模十分巨大，它是推动全球5000亿美元半导体产业的灵魂角色。国外EDA巨头产品布局非常全面，呈现寡头垄断格局，国产EDA企业市场份额占比不超过15%，存在极大的空缺，也带来了巨大的潜在发展空间。

接着，吕志鹏教授给同学们专门介绍了什么是EDA竞赛，EDA就是利用计算机辅助设计软件，来完成芯片的功能设计、综合、验证等流程的设计方式。EDA布局布线设计是其中重要一环。就像装修房子，要让各种家具家电、电线网络布局在最合适的地方，做到既美观又节省空间，还能完美互联互通，需要一个最优的“施工图”。芯片等精密器件只有指甲盖大小，却要加载百亿个单元，相互联结的线路更复杂，只能通过算法去设计最优“施工图”。它的难点到底在哪里！吕教授说：“难不是问题，难在你知道问题是什么，就是比不过别人。”EDA竞赛，没有答案，也没有终极目标，这是一个不断探索更优化方法的领域，没有最好，只有更好，没有标准答案、标准路径，如何解题？吕志鹏教授讲了在他求学和研究中对他影响最大的恩师：黄文奇教授。黄文奇提出了拟人拟物的算法思路，并被传承至今。“拟人拟物就是用自然界和人类社会的一些设计和布局智慧来解决数学算法问题。”吕志鹏说。这种算法的灵感来自一次挤公交车的经历。当时，黄文奇接到一个研究课题，需要将一个大圆进行机械加工，在其中打一些大小不等的圆形孔，打完孔之后的大圆重心要和原来的大圆接近。如何实现？黄文奇苦思冥想，而看似满员的公交车却一次又一次挤进新乘客的场景，让他灵光一闪。他把挤公交的场景等价为一个物理演化模型，经过多次算法演练，最终找到了大圆打孔问题的最优解决办法。

最后，吕志鹏教授介绍了芯片技术中的“难”，集成电路的特点包括一致性高、性能高、可靠性高、体积小、功耗低，可批量生产且价格低。EDA算法本身复杂度就很高，一颗先进的7纳米芯片包含上百亿个晶体管，在芯片制造阶段，一条芯片生产线大约涉及50多个行业和2000-5000道工序，即使每个工序良率达到99.9%，一条2000道工序的生产线良率也只有13.5%。美国对我国芯片制造的封锁，给我国高端制造业制造了很大的困难，带来了巨大的挑战，但也是巨大的机遇，算法如人生，我们在高中、大学阶段要做好学习规划，勤奋刻苦，打好基本功，参与国内外的竞赛，在比赛中不断提高，结合实际问题，对所学技术进行应用，要做一个专注的人。讲座在同学们的掌声中结束，同学们表示，吕志鹏教授从事EDA研究长达20年，20年专心只做一件事，做到了世界冠军，非常值得我们敬佩与学习。