讓“明珠”煥發(fā)“芯”活力
——記北京郵電大學(xué)集成電路學(xué)院拔尖人才教授趙康

鄭 心 劉玉杰

芯片行業(yè)綿長而復(fù)雜，上下游相互聯(lián)結(jié)，環(huán)環(huán)相扣、缺一不可。而電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automation，E D A）作為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的命脈，自始至終連接和貫穿著芯片制造和科技應(yīng)用的發(fā)展——芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝測試……每個環(huán)節(jié)都離不開E D A工具。最初，EDA工具是為了解決集成電路的布局布線問題而誕生，但隨著集成電路行業(yè)的騰飛與發(fā)展，設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)，在計算機(jī)上利用EDA軟件可以使邏輯編譯、化簡、分割、綜合、布局布線、邏輯優(yōu)化及仿真測試等工作變得越來越簡單，從而使效率發(fā)生質(zhì)的改變。也正因如此，E D A工具一度被賦予“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠”的美稱。

然而，這顆明珠70%以上的市場份額幾乎都被以美國新思科技（Synopsys）為代表的幾家西方巨頭所壟斷。若我國想徹底擺脫“受制于人”的局面，創(chuàng)新突圍就成為一種發(fā)展必然?！笆奈濉币?guī)劃開局迄今，國家對相關(guān)行業(yè)的重視與支持力度肉眼可見，信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)儼然已經(jīng)成為當(dāng)下國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要破局點(diǎn)，國產(chǎn)E D A軟件也正在向成為解決“卡脖子”問題的利器快速演變。這個全球市場規(guī)模不足百億美元、凈利潤率低于15%，卻足以撬動5000億美元半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的科研領(lǐng)域，被中國的先行者們視為一個重大機(jī)遇。2022年8月，在半導(dǎo)體巨擘賽靈思（Xilinx）擔(dān)任E D A產(chǎn)品團(tuán)隊負(fù)責(zé)人的趙康決意辭職，重回高?！本┼]電大學(xué)，參與創(chuàng)建集成電路學(xué)院。他表示，將以面向傳統(tǒng)硅基新型計算的數(shù)字前端綜合技術(shù)、面向碳基等新型工藝材料的后端布局技術(shù)與FPGA/SoC研發(fā)為發(fā)力重點(diǎn)，牢牢把握國家的戰(zhàn)略發(fā)展需求，帶領(lǐng)科研團(tuán)隊在EDA領(lǐng)域有所突破。

深入市場把握需求

深耕E D A領(lǐng)域近20年，趙康既有清華、北郵等高校的工作經(jīng)歷，又有開闊的國際視野——他曾在業(yè)界領(lǐng)軍企業(yè)英特爾（Intel）、賽靈思（Xilinx）及美國超威半導(dǎo)體公司（A M D）積淀下了豐厚的高端產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗。他深知高校與國內(nèi)企業(yè)在此領(lǐng)域的痛點(diǎn)與迫切需求：“國產(chǎn)EDA的破題關(guān)鍵無非就在于3方面：錢、人、需求?！?/p>

趙康

“其實我們本土的E D A軟件起步很早。”1993年我國便成功研發(fā)出了國產(chǎn)首套EDA——熊貓系統(tǒng)。這份榮譽(yù)感，21世紀(jì)初被保送進(jìn)清華大學(xué)電子信息相關(guān)專業(yè)攻讀研究生的趙康幾乎感同身受。盡管進(jìn)校時他還“完全不知道E D A是什么”，但通過幾年的埋首苦讀、融會貫通，加之師從熊貓EDA系統(tǒng)副總師洪先龍教授與國內(nèi)E D A領(lǐng)域先驅(qū)者邊計年教授的“得天獨(dú)厚”，讓他對行業(yè)形成了清晰的認(rèn)知與殷切的向往。但在博士畢業(yè)之際，市場的風(fēng)云變幻卻給了這位年輕人一個不小的打擊。彼時，隨著國際合作日益密切，EDA禁令被解除，美國先進(jìn)前沿的EDA工具迅速來華，一路攻城略地，國產(chǎn)EDA就此沉寂。盡管趙康留校工作近2年，先后主持國家自然科學(xué)基金項目1項、國家博士后基金項目1項，又以骨干身份參與國家重要領(lǐng)域多個專項課題，也沒能夠找到挽救國產(chǎn)市場低迷的新思路。

“既然這樣，不如歸零深入市場，嘗試以需求者的眼光看待問題，說不定就能柳暗花明。”抱著這樣的開放性思想，趙康于2011年、2016年分別以“高級研究員”和“北京EDA研發(fā)中心主任”的身份先后加盟英特爾中國研究院和FPGA領(lǐng)域的龍頭——賽靈思（現(xiàn)被A M D收購）。這兩所領(lǐng)軍企業(yè)見證著趙康從一名初出茅廬的職場新人，蝶變?yōu)镋 D A高層次綜合工具團(tuán)隊領(lǐng)袖的成長過程，而趙康也以突出的工作表現(xiàn)、卓越的經(jīng)濟(jì)效益回報了自己的筑夢之地。在職期間，他曾高效推動了EDA高層次綜合領(lǐng)域的最新產(chǎn)品Vitis-H L S的設(shè)計、研發(fā)與發(fā)布。值得一提的是，這是迄今FPGA領(lǐng)域被大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的EDA高層綜合自動化工具，其相關(guān)成果也正是目前國內(nèi)多家知名企業(yè)及華大等EDA公司努力填補(bǔ)的空白。

雖然在企業(yè)中大放光彩，趙康卻始終心懷一個扎根高校的職業(yè)理想。而當(dāng)政府明確將E D A軟件作為重大專項名列在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020）》中昭告四方，他深切感知到國產(chǎn)EDA發(fā)展即將走上快車道，很快會再次閃耀出光芒。而現(xiàn)狀也佐證了他的構(gòu)想：憑借在芯片產(chǎn)業(yè)鏈上下游的深入布局，EDA已成為整個芯片產(chǎn)業(yè)的“關(guān)鍵先生”，國家也密集出臺了多項EDA扶持政策，財力支持、人才回流都已不再停留于暢想。市場的風(fēng)口來臨，但此時趙康卻選擇了堅持自我、回歸高校，沉下心來攻克基礎(chǔ)理論，力爭實現(xiàn)創(chuàng)新突破，同時他也積極與企業(yè)開展橫向合作，不斷完善著自己的思想。

重回高校穩(wěn)中求進(jìn)

2023年是趙康入職高校的第一個完整年頭，也是他厚積薄發(fā)、產(chǎn)出又一從業(yè)亮點(diǎn)之年；同時也是北京郵電大學(xué)集成電路學(xué)院的誕生之年。前者賡續(xù)，后者新生；前者順利獲得“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃支持，承研多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展相關(guān)項目；后者經(jīng)多輪審批后終于正式掛牌?！拔蚁Ｍ业募尤肟梢詭椭鷮W(xué)院達(dá)成‘筑巢引鳳’的作用”，要實現(xiàn)這一目標(biāo)，重點(diǎn)項目必將是重要抓手。

據(jù)趙康透露，項目將面向多模態(tài)下的高性能、高靈活性、高安全性的系統(tǒng)要求，突破控制芯片的信息處理高效化、芯片重構(gòu)敏捷化、網(wǎng)絡(luò)安全內(nèi)生化等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建支持多模態(tài)的一體化系統(tǒng)?！跋啾任鞣筋I(lǐng)軍企業(yè)而言，國內(nèi)在100Gbps高吞吐率控制芯片領(lǐng)域仍有技術(shù)壁壘亟待突破。而在突破100Gbps等更高吞吐率的應(yīng)用場景的落地使用上，尤其是滿足我國2025年數(shù)字經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的技術(shù)需求方面，國際上依然是空白。因此，實現(xiàn)國產(chǎn)自主化100G吞吐率的網(wǎng)絡(luò)控制交換芯片是項目最核心的關(guān)鍵?！?/p>

為此，趙康將帶領(lǐng)團(tuán)隊以L2-L7層級協(xié)議卸載為主要手段，探索多模態(tài)流部署、分布式拓?fù)鋮f(xié)同控制策略、彈性模態(tài)資源的高效管理、存算一體的業(yè)務(wù)分發(fā)與動態(tài)調(diào)度等影響這一指標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)，以進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)優(yōu)化，同時將研究并提出具備內(nèi)生化安全的動態(tài)冗余架構(gòu)，結(jié)合處理器硬件安全防御等先進(jìn)技術(shù)，支持零信任的全方位安全架構(gòu)，從硬件設(shè)備到數(shù)據(jù)傳輸，再到惡意攻擊的安全加速引擎。另外，針對實現(xiàn)高性能控制芯片的重點(diǎn)——SerDes接口，他們也有獨(dú)特考量?！笆紫纫倪M(jìn)連續(xù)時間線性均衡器、全數(shù)字時鐘和相位選擇器、多相乘法延遲鎖相環(huán)路等硬件部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，適應(yīng)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捫枨?，其次考慮與工藝相關(guān)的延遲功耗等各項指標(biāo)，提出高速串行信號技術(shù)的提速優(yōu)化方案，并確保其速度從國產(chǎn)10Gbps提升至25Gbps?！壁w康說。而項目中提出的基于多模態(tài)熱點(diǎn)代碼功能表征的專用指令定制技術(shù)，以及軟硬一體化系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化方法，不僅能使軟硬件一體化系統(tǒng)在性能、功能覆蓋和靈活性之間取得平衡，還能使成果在民用市場和其他國家重要領(lǐng)域都具備廣闊的應(yīng)用前景。

“民用領(lǐng)域通常包括新一代智慧網(wǎng)絡(luò)、云計算網(wǎng)絡(luò)、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，能產(chǎn)出重要且顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益；而在其他重要領(lǐng)域，一旦在多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)控制芯片、軟件工具上取得突破，那么我國掌握核心多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)控制芯片的自主權(quán)、產(chǎn)業(yè)升級的主動性就有了保障。”此外，在產(chǎn)品的應(yīng)用價值方面，趙康還指出，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展有多層面價值，尤其是數(shù)字化平臺，其搭建的基礎(chǔ)設(shè)施支撐著多領(lǐng)域的普惠發(fā)展與經(jīng)濟(jì)貿(mào)易。也就是說，數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)往往在上游的基礎(chǔ)層。未來，基于項目研發(fā)的芯片、集成電路、數(shù)據(jù)安全、軟件定義網(wǎng)絡(luò)芯片、示范應(yīng)用等幾乎可涵蓋數(shù)字經(jīng)濟(jì)各個層次的基礎(chǔ)設(shè)施，可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價值是不可小覷的。

創(chuàng)新的領(lǐng)域很寬，但個人的精力卻很有限，因此一要緊盯國家發(fā)展戰(zhàn)略之需要刻苦攻關(guān)、施展才華，二則要著重團(tuán)隊構(gòu)建，匯聚更多志同道合的科研新星綻放光芒，才可造炬成陽。如今，北京郵電大學(xué)集成電路學(xué)院拔尖人才教授趙康帶領(lǐng)的E D A團(tuán)隊已經(jīng)張開了兼容并蓄的溫暖懷抱以廣納賢才，誠摯邀請有志于數(shù)字電路設(shè)計自動化（E D A)、數(shù)字電路設(shè)計與FPGA、編譯優(yōu)化技術(shù)等方向的科研精英合作加盟，且歌且行。