让“明珠”焕发“芯”活力——记北京邮电大学集成电路学院拔尖人才教授赵康

郑 心 刘玉杰

芯片行业绵长而复杂，上下游相互联结，环环相扣、缺一不可。而电子设计自动化（Electronic Design Automation，E D A）作为集成电路产业链的命脉，自始至终连接和贯穿着芯片制造和科技应用的发展——芯片设计、晶圆制造、封装测试……每个环节都离不开E D A工具。最初，EDA工具是为了解决集成电路的布局布线问题而诞生，但随着集成电路行业的腾飞与发展，设计人员发现，在计算机上利用EDA软件可以使逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线、逻辑优化及仿真测试等工作变得越来越简单，从而使效率发生质的改变。也正因如此，E D A工具一度被赋予“半导体产业皇冠上的明珠”的美称。

然而，这颗明珠70%以上的市场份额几乎都被以美国新思科技（Synopsys）为代表的几家西方巨头所垄断。若我国想彻底摆脱“受制于人”的局面，创新突围就成为一种发展必然。“十四五”规划开局迄今，国家对相关行业的重视与支持力度肉眼可见，信创产业俨然已经成为当下国家经济发展的重要破局点，国产E D A软件也正在向成为解决“卡脖子”问题的利器快速演变。这个全球市场规模不足百亿美元、净利润率低于15%，却足以撬动5000亿美元半导体产业链的科研领域，被中国的先行者们视为一个重大机遇。2022年8月，在半导体巨擘赛灵思（Xilinx）担任E D A产品团队负责人的赵康决意辞职，重回高校——北京邮电大学，参与创建集成电路学院。他表示，将以面向传统硅基新型计算的数字前端综合技术、面向碳基等新型工艺材料的后端布局技术与FPGA/SoC研发为发力重点，牢牢把握国家的战略发展需求，带领科研团队在EDA领域有所突破。

深入市场把握需求

深耕E D A领域近20年，赵康既有清华、北邮等高校的工作经历，又有开阔的国际视野——他曾在业界领军企业英特尔（Intel）、赛灵思（Xilinx）及美国超威半导体公司（A M D）积淀下了丰厚的高端产品设计经验。他深知高校与国内企业在此领域的痛点与迫切需求：“国产EDA的破题关键无非就在于3方面：钱、人、需求。”

赵康

“其实我们本土的E D A软件起步很早。”1993年我国便成功研发出了国产首套EDA——熊猫系统。这份荣誉感，21世纪初被保送进清华大学电子信息相关专业攻读研究生的赵康几乎感同身受。尽管进校时他还“完全不知道E D A是什么”，但通过几年的埋首苦读、融会贯通，加之师从熊猫EDA系统副总师洪先龙教授与国内E D A领域先驱者边计年教授的“得天独厚”，让他对行业形成了清晰的认知与殷切的向往。但在博士毕业之际，市场的风云变幻却给了这位年轻人一个不小的打击。彼时，随着国际合作日益密切，EDA禁令被解除，美国先进前沿的EDA工具迅速来华，一路攻城略地，国产EDA就此沉寂。尽管赵康留校工作近2年，先后主持国家自然科学基金项目1项、国家博士后基金项目1项，又以骨干身份参与国家重要领域多个专项课题，也没能够找到挽救国产市场低迷的新思路。

“既然这样，不如归零深入市场，尝试以需求者的眼光看待问题，说不定就能柳暗花明。”抱着这样的开放性思想，赵康于2011年、2016年分别以“高级研究员”和“北京EDA研发中心主任”的身份先后加盟英特尔中国研究院和FPGA领域的龙头——赛灵思（现被A M D收购）。这两所领军企业见证着赵康从一名初出茅庐的职场新人，蝶变为E D A高层次综合工具团队领袖的成长过程，而赵康也以突出的工作表现、卓越的经济效益回报了自己的筑梦之地。在职期间，他曾高效推动了EDA高层次综合领域的最新产品Vitis-H L S的设计、研发与发布。值得一提的是，这是迄今FPGA领域被大规模商业应用的EDA高层综合自动化工具，其相关成果也正是目前国内多家知名企业及华大等EDA公司努力填补的空白。

虽然在企业中大放光彩，赵康却始终心怀一个扎根高校的职业理想。而当政府明确将E D A软件作为重大专项名列在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》中昭告四方，他深切感知到国产EDA发展即将走上快车道，很快会再次闪耀出光芒。而现状也佐证了他的构想：凭借在芯片产业链上下游的深入布局，EDA已成为整个芯片产业的“关键先生”，国家也密集出台了多项EDA扶持政策，财力支持、人才回流都已不再停留于畅想。市场的风口来临，但此时赵康却选择了坚持自我、回归高校，沉下心来攻克基础理论，力争实现创新突破，同时他也积极与企业开展横向合作，不断完善着自己的思想。

重回高校稳中求进

2023年是赵康入职高校的第一个完整年头，也是他厚积薄发、产出又一从业亮点之年；同时也是北京邮电大学集成电路学院的诞生之年。前者赓续，后者新生；前者顺利获得“十四五”国家重点研发计划支持，承研多模态网络技术发展相关项目；后者经多轮审批后终于正式挂牌。“我希望我的加入可以帮助学院达成‘筑巢引凤’的作用”，要实现这一目标，重点项目必将是重要抓手。

据赵康透露，项目将面向多模态下的高性能、高灵活性、高安全性的系统要求，突破控制芯片的信息处理高效化、芯片重构敏捷化、网络安全内生化等关键技术，构建支持多模态的一体化系统。“相比西方领军企业而言，国内在100Gbps高吞吐率控制芯片领域仍有技术壁垒亟待突破。而在突破100Gbps等更高吞吐率的应用场景的落地使用上，尤其是满足我国2025年数字经济目标的技术需求方面，国际上依然是空白。因此，实现国产自主化100G吞吐率的网络控制交换芯片是项目最核心的关键。”

为此，赵康将带领团队以L2-L7层级协议卸载为主要手段，探索多模态流部署、分布式拓扑协同控制策略、弹性模态资源的高效管理、存算一体的业务分发与动态调度等影响这一指标的关键技术，以进行相应的改进优化，同时将研究并提出具备内生化安全的动态冗余架构，结合处理器硬件安全防御等先进技术，支持零信任的全方位安全架构，从硬件设备到数据传输，再到恶意攻击的安全加速引擎。另外，针对实现高性能控制芯片的重点——SerDes接口，他们也有独特考量。“首先要改进连续时间线性均衡器、全数字时钟和相位选择器、多相乘法延迟锁相环路等硬件部分的结构设计，适应高速数据传输的带宽需求，其次考虑与工艺相关的延迟功耗等各项指标，提出高速串行信号技术的提速优化方案，并确保其速度从国产10Gbps提升至25Gbps。”赵康说。而项目中提出的基于多模态热点代码功能表征的专用指令定制技术，以及软硬一体化系统的协同优化方法，不仅能使软硬件一体化系统在性能、功能覆盖和灵活性之间取得平衡，还能使成果在民用市场和其他国家重要领域都具备广阔的应用前景。

“民用领域通常包括新一代智慧网络、云计算网络、车联网、物联网等领域，能产出重要且显著的社会经济效益；而在其他重要领域，一旦在多模态网络控制芯片、软件工具上取得突破，那么我国掌握核心多模态网络控制芯片的自主权、产业升级的主动性就有了保障。”此外，在产品的应用价值方面，赵康还指出，数字经济发展有多层面价值，尤其是数字化平台，其搭建的基础设施支撑着多领域的普惠发展与经济贸易。也就是说，数字经济产业链的核心环节往往在上游的基础层。未来，基于项目研发的芯片、集成电路、数据安全、软件定义网络芯片、示范应用等几乎可涵盖数字经济各个层次的基础设施，可能产生的经济价值是不可小觑的。

创新的领域很宽，但个人的精力却很有限，因此一要紧盯国家发展战略之需要刻苦攻关、施展才华，二则要着重团队构建，汇聚更多志同道合的科研新星绽放光芒，才可造炬成阳。如今，北京邮电大学集成电路学院拔尖人才教授赵康带领的E D A团队已经张开了兼容并蓄的温暖怀抱以广纳贤才，诚挚邀请有志于数字电路设计自动化（E D A)、数字电路设计与FPGA、编译优化技术等方向的科研精英合作加盟，且歌且行。