摘要：什么才是集成电路的核心，这一问题不同的人会给出不同的答案，但当我们追根溯源，EDA无疑是最上游最细分的行业之一。EDA作为集成电路领域的上游基础工具，贯穿于集成电路设计、制造、封测等多个环节，是集成电路产业的战略基础支柱之一。
什么才是集成电路的核心，这一问题不同的人会给出不同的答案，但当我们追根溯源，EDA无疑是最上游最细分的行业之一。EDA作为集成电路领域的上游基础工具，贯穿于集成电路设计、制造、封测等多个环节，是集成电路产业的战略基础支柱之一。
据统计，2023年全球EDA产值约为146亿美元，其中绝大部分市场为国外巨头所掌握，而随着近年来国内半导体行业的迅速成长，国产EDA作为产业核心工具，也受到了业界更多关注。
面对EDA国产化快速发展之际，如何尽快培养EDA人才，促进产教融合成为了目前行业的迫切问题与需求，而集成电路EDA设计精英挑战赛（下文简称：EDA精英挑战赛）应运而生，成为了响应EDA国产化的先锋之一。放眼全球，国际的EDA竞赛大部分为独立举办，国内却一直缺少聚焦EDA算法优化与工具开发的竞赛，存在着明显的空白，EDA精英挑战赛在经过两年时间的缜密策划与筹备，在2019年6月启动时，就受到了来自产业及高校的高度关注，完成了从0到1的突破。
如今EDA精英挑战赛已经成功举办了五届，早已深入到各大高校与企业之中，第五届EDA精英挑战赛不仅得到了大量EDA公司的参与支持，包括华大九天、概伦电子和广立微等行业龙头公司参与赛题制定，还链接到了国内外127所高校，覆盖28所示范性微电子学院及19所首批成立集成电路学科的高校参赛，来自清华大学、北京大学、复旦大学、香港科技大学、香港中文大学、台湾清华大学、University of Southern California等高校学生汇集于赛场，参赛选手达到了上千名。
我们也能看到，除了国产EDA企业加强了与高校的合作，培养了更多EDA人才外，还有更多高校学生正在通过比赛这一契机，找到自己的学习研究方向，这也是EDA精英挑战赛的初心之一，即搭建产学研桥梁，促进产教融合，搭建同台竞技的舞台，以赛促教，竞教结合。
事实上，EDA精英挑战赛对于广大学子最直接的帮助，莫过于在国际期刊/会议上发表文章，通过比赛，选手不仅锻炼了解决问题的实际能力，还能反哺研究方向，进一步提升了自己的学术水平。
我们找到了三位在比赛中获奖并在知名会议上发表论文的选手，尽管身处不同高校，但比赛在他们的学习研究生涯中，都起到了不可忽视的作用。
参赛激发热情，启迪深造之路
对于EDA精英挑战赛所带来的好处，荣获2019年第一届菁英杯，如今已在南京邮电大学集成电路科学与工程学院（产教融合学院）担任讲师的柏晞琼老师显然非常有发言权。
柏老师回忆起自己参加了第一届EDA设计精英挑战赛中华大九天的反求图形中心线赛题时，遇到的最复杂挑战是在不规则版图背景下，如何在提升提取的中心线精度的同时加速计算过程。
针对这项挑战，她们团队在解题之初就通过研讨交流直击问题，她们发现该赛题的核心是数学几何问题中求解两组任意平行线的中心线。但是看似简单的数学求解问题在面对大量点状的不规则版图边界数据的背景，传统计算方法变得冗余。基于这一难点，柏晞琼团队基于该赛题的这一核心问题查找了大量文献，并对多种方案的可行性进行了分析，最终找到一个可行的最优方案。
对于柏晞琼他们团队来说，此次参赛的最大收获并不是菁英杯，而是基于比赛进一步拓展的成果。在参加完该赛题后，柏晞琼的团队进一步在算法精度计算上进行了优化，并在陈建利导师的专业指导下将该赛题通过论文发表在专业领域会议ACM/IEEE DesignAutomation Conference (DAC)上。在这篇论文中，通过利用赛题的成果，解决了异构版图中心线提取的精度和速度的瓶颈，并满足多种严苛的设计约束条件，实现了在极短的时间内近乎于百分之百的精度。
柏老师现在回忆当时参加EDA精英挑战赛的参赛经历，感叹颇多。“作为一个EDA设计精英挑战赛的老朋友来看，集成电路EDA设计精英挑战赛在经过这几年相关平台和有关高校的努力，发展的越来越好，也正逐渐成为具有中国特色的EDA专业赛事。该赛事通过企业出题，高校参与的方式，打破了传统竞赛模式，并且搭建了一个让学生和国内EDA企业交流学习了解的平台，是EDA产教融合发展的一个标志性缩影。” 柏老师说到。
在柏老师看来，自己很高兴见到越来越多的年轻学子在这样的赛事中逐鹿群雄，实现自我成长，尤其是针对当前“十四五规划”中对高科技产业的发展需求，更多的科学研究要以实际产业需求为导向，理论联系实际，让学生在参与的过程中对行业发展有更多的自我认知和判断，构建自我的价值体系，让兴趣成为最好的老师。
难题攻坚显智慧，赛场竞技砺锋芒
无独有偶，参加了2022届EDA精英挑战赛的郭资政，同样在比赛中获益匪浅。
目前已经是北京大学集成电路学院设计自动化与计算系统系博士生的他，个人组队参与了EDA精英挑战赛，他所选择的是芯华章赛题——“数字集成电路动态功耗优化策略分析与评估”，一举拿下该赛题一等奖的第一名，并在决赛路演中荣获菁英杯。
在回忆参赛过程时，郭资政表示，由于本科专业对口，之前的几届学长也参与了比赛，自己所在的组向来就有参加这一比赛的传统，耳目熏陶之下，再加上比赛中有不少有意思的算法问题，最终促使了自己参加了EDA精英挑战赛。
对于郭资政来说，比赛的最大难点主要在于逻辑仿真数据非常庞大，赛题提供的一份数据最大可以到1.02TB，此外还有赛题方提出的一些特殊需求，包括时段限制、信号作用域限制、4-state信号、毛刺统计等，选手需要在十分有限的内存要求下快速处理庞大的计算，输出为一份信号翻转统计信息用于后续的功耗分析。
“为了解决计算和存储的问题，我们设计了一些算法，包括读入缓冲区加速、数据流算法和多线程任务划分方法等等，减小了IO系统调用带来的开销，消除了大部分数据的无关搬运，最终实现了1TB数据的15秒内分析完毕（8线程），峰值内存只需6G。” 郭资政说到。
在芯华章的赛题的启发下，郭资政和课题组的同学合作，在林亦波老师的指导下提出了一种基于“稳定时间”机制的带延迟逻辑后仿加速技术，根据电路局部逻辑来估算末次信号翻转事件的持续时间（即稳定时间），利用状态压缩动态规划方法，针对任意种类的时序逻辑门预处理输出和输入之间的敏感性依赖关系，建立逻辑单元库的扩展状态表。在扩展状态表的基础上，门级逻辑仿真按电路拓扑顺序并行传播信号翻转事件，同时推理出下一逻辑层级的最长稳定时间，最终实现了CPU/GPU异构并行计算平台上的高效仿真。这一高效仿真技术基于本赛题中使用的仿真信号快速解析方案，其数据读写的核心完全沿用了赛题作品的实现，利用解决本赛题过程的经验，解决了仿真工具的输入输出效率瓶颈，配合GPU加速和事件驱动依赖管理等技术，相比VCS实现了7倍的加速。
这篇由郭资政署名第一作者的论文最终发表在DAC’23上，在参加完决赛路演以后的两个月，他在旧金山向国际同行报告了相关工作，而EDA精英挑战赛是带来这次登台机会的关键原因之一。
“我一直认为参加包括EDA精英挑战赛在内的学术竞赛对研究有非常大帮助，比赛的一个特点是非常面向实践，而EDA精英挑战赛的赛题恰恰就是赞助企业实际遇到过的问题，”郭资政谈到，“参加比赛不仅意味着可以获得一份宝贵的经验，还让我在这一竞争的过程中学到了更多的知识。”
在郭资政看来，比赛最重要的还是沟通与交流，由于EDA领域的复杂性，很多时候会出现赛题数据的小故障等，更需要多和赛题专家沟通，此外，在报告中突出自己的优势也非常重要，深入浅出的讲解能够为自己博得更高的分数。
他还强调，自己在比赛中并非完美，近两年的EDA精英挑战赛，获奖队伍的实力都不容小觑非常强，很多队伍还选择了相当难的赛题，在比赛过程中不仅提出了很多创新点，还用实验给出了一些反直觉但很有说服力的结论，自己也要向这些选手学习优秀经验，以便用在未来的实践当中。
比赛反哺研究，实践方得真知
本硕均就读于中国石油大学的王腾程同样在EDA精英挑战赛获得奖项，当时正在做超级节点稀疏LU分解的优化加速课题的他，通过导师金洲老师了解到这一比赛，研究课题契合再加上喜欢竞赛的挑战感，让王腾程决定加入到EDA精英挑战赛中来。
在王腾程眼里，他所在小组选择的赛题——大规模电源地网络瞬态仿真的分布式并行加速，最大难点集中在了虽然利用了超级节点稀疏LU方法SuperLU_DIST来实现分布式加速，但针对底层的基本算子，因为电路矩阵的不规则特性，传统的将矩阵块聚集在一起来调用稠密矩阵乘法的方式并不适用。
王腾程和小组成员转变思路，后续采用了稀疏矩阵乘法和稠密矩阵乘法结合的方式，为了更准确的在矩阵乘阶段选择更优的算子进一步加速稀疏LU分解，还结合了机器学习方法来进一步优化拓展此思路，最终拿下了全国三等奖。
不过他与小组的成果并未止步于此，“本着在实践中检验真知的想法，我将论文中的思想应用在比赛中，同时通过在赛题上表现的性能反过来迭代修正我的研究思路，”王腾程说到，“这篇论文后来DAC’23接收并发表，也算是再次证明了比赛这种实践的重要性吧。”
在谈及参赛的收获时，王腾程表示，比赛不仅能够深入了解所研究领域的实际需求和应用场景，更能够锤炼解决实际问题的能力。更重要的是,参赛经历培养了自己以实际应用为出发点来优化研究内容的思维方式。这种以"实践出真知"的态度去对待问题,不仅能够让我的研究成果更加贴近实际需求,也能让我在解决问题的过程中不断完善和优化研究内容。
“总而言之，EDA精英挑战赛的经历无疑对我的专业发展产生了积极的影响,不仅丰富了我的实践经验，也培养了我独特的问题解决思维方式。我相信，这种思维方式将会在我未来的工作和研究中发挥重要作用，也会让我的研究成果能够更好地服务于实际应用。”王腾程表示。
面对下一届EDA精英挑战赛，王腾程认为，比赛是一种很好的锤炼方式，选手可以将理论知识与实际需求紧密结合,培养以"实践出真知"的问题解决思维方式，这种思维方式在未来的工作和研究中都将发挥重要作用。
他对于下届参赛选手给出了自己的建议：大家要充分发挥自身的专业特长，并根据比赛的具体要求挖掘研究方向中的亮点和创新点，在比赛过程中，不要害怕遇到挑战，而是要以积极的心态去化解困难，这样不仅能够提高动手能力，也能让你的研究更贴近实际需求。
写在最后
2024中国研究生创“芯”大赛·EDA精英挑战赛的决赛即将来临。值得关注的是，本届EDA大赛为了鼓励更多参赛学生在EDA领域开展学术研究及探索，在大赛赛题的基础上持续深入钻研，设置了“学术进取奖”，现已面向历届所有参赛队伍征集成果。
据了解，参与评奖的论文须为历届赛题成果衍生，被SCI/EI/中文核心学术期刊或者国际学术会议录用，此外，论文的学生第一作者须为往届参加EDA精英挑战赛的队伍成员之一，而EDA大赛将对最终获得“学术进取奖”的优秀案例进行宣传及分享。
新一轮的参赛者即将加入到这场高校+企业的EDA盛会当中，柏晞琼、郭资政和王腾程作为过往比赛获奖者的一个缩影，他们所取得的成就，无疑会激励新选手砥砺前行，我们也相信，通过未来的EDA精英挑战赛，能为更多高校学子打开一扇大门，帮助大家在真正实现学以致用。
来源：半导体行业观察
