年少有志 不畏未來(lái)
——記北京大學(xué)特聘研究員林亦波

□ 衛(wèi)婷婷

林亦波

林亦波給人的印象是朝氣卻不失沉穩(wěn)。記者見到他時(shí)，他剛出差回來(lái)不久，年輕的臉上卻沒(méi)有疲態(tài)，依舊帶著陽(yáng)光的笑容。一眼看上去，與北京大學(xué)校園里的學(xué)生并沒(méi)有什么不一樣。然而，這位出生于1991年的年輕人卻是北京大學(xué)高能效計(jì)算與應(yīng)用中心的特聘研究員，主要從事機(jī)器學(xué)習(xí)輔助芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）以及EDA算法的GPU/FPGA加速研究工作。

EDA的研究在中國(guó)屬于小領(lǐng)域的研究，但它對(duì)我國(guó)的集成電路領(lǐng)域和芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。對(duì)于系統(tǒng)廠商而言，如果說(shuō)芯片是子彈，是糧食的話，那么芯片EDA工具就是制造子彈、加工糧食的工具，其重要性可見一斑。我國(guó)國(guó)產(chǎn)EDA工具雖然擁有若干世界領(lǐng)先的點(diǎn)工具，但流程的技術(shù)完整度和市場(chǎng)占有率仍有極大的提升空間，所以，EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迫在眉睫。

投身EDA領(lǐng)域，是林亦波的興趣所在，也體現(xiàn)了他身為新一代青年科研工作者的擔(dān)當(dāng)。在這個(gè)年輕的領(lǐng)域，正值青春的林亦波正以一種無(wú)畏的、怒放的姿態(tài)積極探尋著國(guó)產(chǎn)EDA的獨(dú)立之路。

走適合自己的路

2019年，10月8日，美國(guó)的一紙禁令再次將供應(yīng)鏈安全可控持續(xù)問(wèn)題擺到中國(guó)企業(yè)面前。美國(guó)商務(wù)部將8家中國(guó)企業(yè)在內(nèi)的28個(gè)實(shí)體納入出口管制實(shí)體清單，這些企業(yè)進(jìn)口美國(guó)商品都需申請(qǐng)?jiān)S可證，芯片供應(yīng)問(wèn)題再次備受關(guān)注。而作為芯片制造最上游的關(guān)鍵技術(shù)，EDA工具也隨之受到更多關(guān)注。在2019中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)大會(huì)上，多位專家都表達(dá)了“EDA在中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)里面最弱”這一觀點(diǎn)。而要掙脫EDA國(guó)產(chǎn)化面臨的困境，就急需培養(yǎng)該領(lǐng)域的人才。但實(shí)際上，我國(guó)大部分高校沒(méi)有相關(guān)專業(yè)的教師，每年培養(yǎng)的應(yīng)屆EDA碩士和博士生也只有50人左右。

作為EDA領(lǐng)域的青年科研者，林亦波與EDA緣起于國(guó)內(nèi)的一門相關(guān)課程。2009年，林亦波考進(jìn)上海交通大學(xué)學(xué)習(xí)微電子?！拔覀儺?dāng)時(shí)學(xué)的大部分課程都與電路設(shè)計(jì)相關(guān)，像數(shù)字電路設(shè)計(jì)和模擬電路設(shè)計(jì)等。學(xué)習(xí)過(guò)程中用到了很多工具，那時(shí)候就是知道工具怎么用，但是這些工具是怎樣開發(fā)出來(lái)的，也沒(méi)想過(guò)?！贝笕龝r(shí)，林亦波上了施國(guó)勇老師的設(shè)計(jì)自動(dòng)化引論課程，在課堂實(shí)驗(yàn)中，他設(shè)計(jì)完成了一款spice(仿真電路模擬器）軟件。這一小項(xiàng)目的成功，讓林亦波覺(jué)得很有意思，開始關(guān)注相關(guān)領(lǐng)域的研究。

他說(shuō)道：“我剛上大學(xué)的時(shí)候，覺(jué)得學(xué)編程是件挺痛苦的事，但是上了這門課之后，我發(fā)現(xiàn)編程一旦入門了，它就沒(méi)有想象中那么難，或者說(shuō)，它比想象中有意思得多?！碑?dāng)時(shí)，他正在申請(qǐng)出國(guó)留學(xué)，在申請(qǐng)方向上選填了模擬電路和設(shè)計(jì)自動(dòng)化兩個(gè)方向。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，他發(fā)現(xiàn)自己對(duì)設(shè)計(jì)自動(dòng)化更有興趣。于是，他開始走設(shè)計(jì)自動(dòng)化研究之路。

雖然林亦波說(shuō)他是個(gè)隨性的人，但對(duì)于自己要走的路，他一直有著清醒的認(rèn)識(shí)和充分的準(zhǔn)備。從大一開始，林亦波就已經(jīng)在為出國(guó)做準(zhǔn)備了。用他的話說(shuō)，“雖然當(dāng)時(shí)我不知道，我以后會(huì)不會(huì)選擇出國(guó)，但是我要保留這種可能性”。大二時(shí)，他發(fā)現(xiàn)，相比社團(tuán)活動(dòng)，他更喜歡與機(jī)器打交道，所以參加了幾項(xiàng)學(xué)校提供的創(chuàng)新項(xiàng)目。加上繁重的課業(yè)，都讓他的大學(xué)生活并不輕松。但因?yàn)橐磺卸及才诺煤侠硗滋?，所以他的學(xué)習(xí)生活雖然密集，卻井然有序。

2013年，林亦波大學(xué)畢業(yè)后前往美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校繼續(xù)深造。在這里，他度過(guò)了一段扎實(shí)的學(xué)習(xí)時(shí)光。這所學(xué)校并不以考試成績(jī)?yōu)橹?，它更注重學(xué)生的實(shí)踐能力。林亦波說(shuō)：“我的導(dǎo)師是個(gè)非常開放的老師，他認(rèn)為我們所做的研究必須跟業(yè)界有所關(guān)聯(lián)，所以他支持我們多外出實(shí)習(xí)，加強(qiáng)與業(yè)界人士的交流?！币虼?，他曾在東芝半導(dǎo)體公司、EDA三巨頭之一的Cadence公司、比利時(shí)歐洲微電子中心（IMEC）等企業(yè)進(jìn)行實(shí)習(xí)工作，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2019年，因緣巧合之下，林亦波來(lái)到了北京大學(xué)。當(dāng)被問(wèn)及為什么沒(méi)有進(jìn)入企業(yè)而選擇落腳高校時(shí)，他開玩笑說(shuō)：“可能就是在企業(yè)待多了?！彪S即他又正色說(shuō)道：“雖然在高?？赡苣貌坏降谝痪€客戶的數(shù)據(jù)，拿不到最好的、最先進(jìn)的設(shè)計(jì)，但是在大學(xué)里我不受任何限制，我可以根據(jù)自己的想法做一些有風(fēng)險(xiǎn)的嘗試。有些研究在短期之內(nèi)可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，但是方向是可行的，也是非常有前景的?！?/p>

回國(guó)之后，林亦波也在積極參加會(huì)議，加強(qiáng)與領(lǐng)域內(nèi)專家的交流，尋找合作機(jī)會(huì)。他說(shuō)道：“雖然我在北京大學(xué)工作，但還是要積極跟其他高校的老師多交流合作，了解每位老師感興趣和擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。這樣，以后如果我有一個(gè)什么想法，我缺少什么或者他們擅長(zhǎng)什么，我就可以找到他們，一起合作做更大的事情?！?/p>

將科研融入青春

芯片設(shè)計(jì)分為前端設(shè)計(jì)和后端設(shè)計(jì)，不過(guò)前端設(shè)計(jì)與后端設(shè)計(jì)并沒(méi)有統(tǒng)一嚴(yán)格的界限，普遍來(lái)說(shuō)，涉及與工藝有關(guān)的設(shè)計(jì)就是后端設(shè)計(jì)。林亦波在博士期間主要從事芯片設(shè)計(jì)的后端設(shè)計(jì)。之后，他又結(jié)合先進(jìn)的制造工藝進(jìn)行了與設(shè)計(jì)空間和可制造性相關(guān)的優(yōu)化和探索。

在這期間，林亦波和所在的團(tuán)隊(duì)承接了達(dá)帕（DARPA，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局縮寫）電子飛行計(jì)劃研究項(xiàng)目，主要從事模擬電路的版圖自動(dòng)綜合研究。在這個(gè)項(xiàng)目中，林亦波負(fù)責(zé)管理團(tuán)隊(duì)的工作，為團(tuán)隊(duì)成員們做一些相對(duì)比較細(xì)節(jié)的技術(shù)上的指導(dǎo)。除此之外，“達(dá)帕每個(gè)不同的團(tuán)隊(duì)都會(huì)開發(fā)自己的工具，我們每半年就要把這些工具整合起來(lái)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)”，這項(xiàng)工作說(shuō)起來(lái)容易，做起來(lái)其實(shí)很有壓力，對(duì)此林亦波很感謝導(dǎo)師David Pan教授和團(tuán)隊(duì)成員對(duì)他的幫助。

榮獲設(shè)計(jì)自動(dòng)化大會(huì)（DAC）最佳論文

林亦波還曾與英偉達(dá)公司合作，承擔(dān)了結(jié)合深度學(xué)習(xí)和GPU加速傳統(tǒng)布局算法的研究工作。他從機(jī)器學(xué)習(xí)的角度去重新看待一個(gè)傳統(tǒng)的問(wèn)題，然后把數(shù)學(xué)模型獨(dú)立出來(lái)，發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型其實(shí)是可以類比的。“如果這樣類比過(guò)去之后，我們就可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)上的一些進(jìn)展，比如說(shuō)機(jī)器學(xué)習(xí)現(xiàn)在有非常好的軟件工具包，有非常好的硬件加速，我們就可以把這些運(yùn)用到傳統(tǒng)算法的開發(fā)上，最后，在保證質(zhì)量一樣的情況下，我們能夠?qū)崿F(xiàn)30多倍的提速?！绷忠嗖ㄕf(shuō)道。該項(xiàng)目成果發(fā)表于2019年的設(shè)計(jì)自動(dòng)化大會(huì)，被評(píng)為該年唯一的最佳論文。

如今，林亦波又將目光聚焦在開源EDA工具的研究上。他與北京大學(xué)高能效計(jì)算與應(yīng)用中心的羅國(guó)杰副教授合作，致力于將E D A工具流程和工具鏈進(jìn)行開源。“開源”一詞是近期半導(dǎo)體領(lǐng)域的熱點(diǎn)詞。無(wú)論是芯片設(shè)計(jì)，還是EDA工具的開發(fā)，其門檻都十分高，需要具有極強(qiáng)的入門知識(shí)，所以這也造成了這些領(lǐng)域人才的稀缺。而開源技術(shù)和社區(qū)可以降低領(lǐng)域的門檻，使得更多領(lǐng)域外的研究者可以接觸到更前沿、更具體的問(wèn)題及解決方案，吸引他們參與其中。

目前，國(guó)外已經(jīng)提出了一些開源EDA的框架與項(xiàng)目。其中，美國(guó)達(dá)帕電子復(fù)興計(jì)劃還推出了“芯片設(shè)計(jì)民主化”的概念。林亦波介紹：“這個(gè)概念的意思就是讓所有人能夠以非常低的成本定制自己的芯片。我們現(xiàn)在所做的工作其實(shí)跟這個(gè)有點(diǎn)類似，我們的最終目的就是降低芯片設(shè)計(jì)和自動(dòng)化軟件開發(fā)的門檻，可以吸引更多人參與其中，讓大家更好、更快、更智能地設(shè)計(jì)芯片?！?/p>

選擇科研就是選擇了遠(yuǎn)方，選擇EDA就是選擇了一條通向未知又充滿荊棘的小路。在這條小路上，林亦波也曾看到過(guò)另外一條大路上的“花花世界”，但他依舊“固執(zhí)”地堅(jiān)持自己的選擇。國(guó)產(chǎn)EDA的發(fā)展之路依舊艱難，什么時(shí)候才能迎來(lái)“云開見月明”的那一天，誰(shuí)也不知道。然而，無(wú)論多么曲折坎坷的道路都需要有人去探索，林亦波就是這條路上的探索者。