作为芯片布局设计的重要一环，印刷电路板（即“PCB”）布线工具一直以来被欧美市场长期垄断，成为影响我国芯片自主研发的“卡脖子”技术。历经15年接力，近日，一支来自福州大学的年轻师生队伍通过自主研发的PCB高效自动布线器，成功探索芯片间的自动布局设计，实现我国在PCB布线工具领域的突围尝试。

为破“卡脖子”难题

踏上自主研发之路

“PCB是集成电子元器件、实现控制功能的载体，几乎所有的电子产品都会用到，俗称‘电子产品之母’。”打开一张PCB示意图，福州大学物理与信息工程学院副教授、福建省智能传感芯片技术与应用工程研究中心副主任陈传东介绍，随着大规模集成电路的深入应用，PCB体积越来越小，容量却越来越大。PCB上面可能有成百上千个芯片，芯片和芯片之间又有成千上万的连接线，“我们的布线工具能以最短路线、最短时间实现连接线的自动连接，这单靠人力是很难完成的”。

一直以来，国内PCB布线工具长期被国外垄断。为了突破这一“卡脖子”难题，华为公司与福州大学成立福大—华为创新实验室，共同研发PCB布线算法。自此，6名大学导师和18名福州大学数学系、计算机系、微电子系研究生踏上了自主研发道路。

接续奋斗攻关

研制高效自动布线器

这是接力奋斗的过程。2007年，福州大学原副校长范更华带领第一代团队，探讨图论理论在大规模集成电路设计中的应用，踏出理论研究的第一步。随后，数学与计算机科学学院副教授陈建利的团队接过“第二棒”，在算法研究上取得创新突破。15年后，全新PCB高效自动布线器研发出来，属于该领域自主探索的第三段历程。

一路走来，并非易事。作为团队成员之一，福州大学电子信息硕士研究生温超越负责的是区域布线算法的设计。“刚开始啥也不懂，就是一个小白。后来才逐渐明白项目的目标和意义，以及自己扮演的角色。这是我们中国在争取属于自己的主动权。”温超越说。

根据项目内容，24人的团队分为三个组别，同时测试不同方案。集成电路与工程专业的师生负责场景设计，提供案例需求，数学系负责算法设计，微电子系编写代码，进行结果测试。这是一场需要团队通力合作的拉锯战。

温超越回忆说，“我还记得，曾经有一个尝试了几个月的方案，当时看起来是可行的，大家都挺激动，觉得可能就是‘它’了，但随着测试规模的增大和复杂度的提高，方案最终因为耗时太长而以失败告终。”

失败后推翻重来，是这支队伍做过的最多的事情。一个星期内，队员们要开两三次碰头会，探讨“疑难杂症”，慎重决定哪些方案可以继续尝试、哪些方案可以果断排除。会议桌上，有面红耳赤，也有握手言和。“学生们有个性，也有脾气，但大家的力是往一处使的。”陈传东说。

最终，团队研发出一种PCB高效自动布线器，能以最短时间、最优效果寻得最优路径，整体提高了电路系统性能。温超越告诉记者：“国外布线软件布线结构不一、占用层数多，我们的软件走线更加简洁整齐，拓扑结构统一。接下来，我们将继续完善这一方案。”

凭借这个项目，团队成功拿下2021年海峡信息赛特等奖。“对于中国芯片发展而言，这只是其中的一小步而已。”温超越和团队其他不少成员都计划毕业后继续从事与芯片有关的研究，为争取中国的技术主动权而努力。（记者 沐方婷 通讯员 唐沁菲）

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