提升EDA軟件水平應(yīng)從建立“工業(yè)軟件意識”開始

黃樂天

隨著國際形勢的變化，EDA軟件的關(guān)鍵作用凸顯，引起了專家、從業(yè)人員甚至是普羅大眾的關(guān)注。就如何發(fā)展 EDA 軟件，諸多專家學(xué)者也多次發(fā)表意見、建言獻(xiàn)策，其中也不乏大有見地的發(fā)言。然而就筆者看來，僅僅將目光局限在 EDA 軟件，很難厘清我國EDA軟件落后的真正原因。對待EDA軟件應(yīng)該從整個(gè)“工業(yè)軟件”的視角入手，從我國長期以來缺乏“工業(yè)軟件意識”中去尋找落后的根源和改變的方法。本文將從這一問題切入，探討如何更好地發(fā)展EDA軟件。

1.從幾個(gè)故事開始

在開始這個(gè)沉重而嚴(yán)肅的話題之前，筆者準(zhǔn)備先講述幾個(gè)身邊的小故事。

故事一：“編程大神”的落寞

2005 年，筆者還是一名本科生，筆者的班上有一位“編程大神”。為了行文方便，以下將其簡稱為“B 大神”。B 大神很早就展現(xiàn)出很強(qiáng)的編程能力。大三時(shí) B大神參與了學(xué)校一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)的流片后的IC測試項(xiàng)目，測試項(xiàng)目的內(nèi)容是手動使用測試儀器測得一些數(shù)據(jù)后填寫到Excel中加以分析。一共有5位本科生和碩士生參與了該項(xiàng)目。B大神辛苦地干了兩天以后覺得這種方法實(shí)在是過于痛苦，在認(rèn)真熟悉了各種測試儀器半天后，B大神又用了一天左右的時(shí)間編寫了一個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)了自動測試與分析。一時(shí)間，B大神被驚為天人。

后來該芯片團(tuán)隊(duì)的老師了解到B大神的成果也贊嘆不已，極力勸說B大神跟自己讀研。然而臨近研究生畢業(yè)之時(shí)，B大神發(fā)現(xiàn)自己居然只能以“嵌入式軟件開發(fā)”的方向去應(yīng)聘各類工作。幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)，最后被成都的一家本土IC公司錄用為“嵌入式軟件工程師”。而當(dāng)年那些技術(shù)水平不如他的同學(xué)，由于選擇了純軟件或IC設(shè)計(jì)方向，在畢業(yè)之時(shí)都有比較明確的去向。為此B大神苦惱不已，也后悔不已。此后的歲月中他幾經(jīng)波折，也曾經(jīng)在APP最瘋狂的那幾年自主創(chuàng)業(yè)過幾次，但很可惜都無果而終。最終他還是又回到了另外一家“知名”IC公司在成都的分部，還是從事IC應(yīng)用開發(fā)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

后來有機(jī)會和B大神閑聊，談到目前國內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司從業(yè)人員最缺乏的能力是什么時(shí)，他說道：“應(yīng)該說還是IT技術(shù)能力太低。和我們合作的國外工程師（這家IC設(shè)計(jì)公司的IP來源和技術(shù)源頭之一）可以很熟練地利用各種IT技術(shù)搭建自動化的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證平臺，并把一些重復(fù)的流程用IT技術(shù)固化為自有的一些小工具。而我們的工程師普遍缺乏這樣的能力，業(yè)務(wù)主管往往也缺乏這種能力創(chuàng)建的概念。”

那一刻他的眼中閃爍著光芒，不知道他是否想起 2005 年的那個(gè)夏天，他用自己的IT技術(shù)能力，一天之內(nèi)完成了別人一個(gè)星期的工作量。而此刻，他依然只是一個(gè)“資深”的技術(shù)人員而非技術(shù)主管，只能在自己多年的好友面前敞開心扉談?wù)撘恍┛捶ā?/p>

（后記：在近兩年IC大發(fā)展的浪潮中，B大神終于得以在一家知名“獨(dú)角獸”芯片設(shè)計(jì)公司發(fā)光發(fā)熱，迎來了遲來的春天。）

故事二：那個(gè)“硬件不通，軟件不精”的女生

故事二的主角是我指導(dǎo)過的一位女生，當(dāng)時(shí)我還在讀博士。雖然我那時(shí)已留校任教，但說起來她更應(yīng)該算是我的師妹而非學(xué)生。師妹當(dāng)時(shí)做的方向是偏向片上多核系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)，具體說就是根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)研究如何確定設(shè)計(jì)方案的“方法”。確定設(shè)計(jì)方案顯然不可能靠拍腦門，可行的方法是首先對于系統(tǒng)進(jìn)行抽象建模，而后利用各種搜索算法在眾多參數(shù)中確定最為恰當(dāng)?shù)膮?shù)值。師妹當(dāng)時(shí)做得很努力，我們合作的文章發(fā)表在IEEE Embedded System Letter上。

但當(dāng)就業(yè)季來臨，相比于其他做FPGA開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同學(xué)，師妹的就業(yè)之路和B大神一樣艱難。在師妹面試國內(nèi)某通信大廠的時(shí)候，被面試官下了“硬件不通，軟件不精”的評語。師妹回來以后大哭一場，后來有機(jī)會進(jìn)入某金融機(jī)構(gòu)，從此了斷與技術(shù)的瓜葛。比較諷刺的是，通信大廠后來多次以“社招”名義邀請師妹面試，被師妹很有涵養(yǎng)地婉拒。

（后記：頗具黑色幽默意味的是通信大廠如今號稱有“幾千人馬”投入到EDA的研發(fā)之中，當(dāng)年與師妹同屆的那些做芯片設(shè)計(jì)、驗(yàn)證的同學(xué)如今正在為國產(chǎn)EDA技術(shù)揮汗如雨，而師妹則在安靜地吃瓜、帶娃、做一個(gè)優(yōu)雅的“金融女”。）

故事三：“不要砸了別人的飯碗”

說了兩個(gè)久遠(yuǎn)的故事，再說兩個(gè)近一點(diǎn)的。我校示范性微電子學(xué)院實(shí)施“三個(gè)一”工程，即：“完成一條龍IC綜合實(shí)驗(yàn)，參與一年工程實(shí)踐教育，實(shí)現(xiàn)一次芯片流片”。其中，參與一年工程實(shí)踐教育中最為重要的就是到企業(yè)參加為期半年的實(shí)習(xí)。

作為校內(nèi)導(dǎo)師，有一天一位學(xué)生突然找到我想聊一下他實(shí)習(xí)的感想。學(xué)生非常不解地問：“我看這幫工程師好像都在混日子，他們每天都在進(jìn)行一些重復(fù)和無效的工作”。我愣了一下，問他何出此言。他說發(fā)現(xiàn)該公司的大部分工程師每天都在改各自的腳本文件。但他觀察了一個(gè)月以后發(fā)現(xiàn)其實(shí)大部分腳本文件可以合并和參數(shù)化。他又用了不到一個(gè)月的時(shí)間，完成了這項(xiàng)工作，以后完成不同的任務(wù)時(shí)僅需要進(jìn)行少量修改，就可以完成項(xiàng)目。如果時(shí)間再多一點(diǎn)他會再做一個(gè)界面，把參數(shù)都通過界面輸入后自動生成各種腳本。

他對此疑問的是：“我一個(gè)實(shí)習(xí)生都能想到的辦法，為什么這么多老工程師想不到？這樣可以顯著提升工作效率啊！！”聽罷我呵呵一笑：“回去好好干吧，不過你做的東西自己用用就好，以后還可以留個(gè)紀(jì)念，別砸了別人的飯碗。”

（后記：該同學(xué)本科畢業(yè)以后未再和我聯(lián)系，后來聽說是出國讀研究生去了。）

故事四：“你不是來實(shí)習(xí)的，你是來扶貧的”

如果說故事三的同學(xué)還只是發(fā)現(xiàn)了一般的工程師對于工作的懈怠和對 IT 技術(shù)的輕視，那么故事四的同學(xué)的經(jīng)歷就著實(shí)有些“打臉”，打的是我們國內(nèi)的某些 IC設(shè)計(jì)公司的臉了。

故事四的同學(xué)在國內(nèi)某知名 IC 設(shè)計(jì)公司實(shí)習(xí)，在實(shí)習(xí)期間發(fā)現(xiàn)該公司的流程過于“手工”，很多IC設(shè)計(jì)流程都沒有打通。于是這位同學(xué)在實(shí)習(xí)的業(yè)余時(shí)間，利用自學(xué)的軟件編程知識實(shí)現(xiàn)了一套基于云平臺的IC設(shè)計(jì)流程整合系統(tǒng)。每個(gè)參與流程的設(shè)計(jì)人員都可以在這套整合系統(tǒng)中看到自己的工作流程、進(jìn)度，還可以把各種工具取得的數(shù)據(jù)可視化。從他在實(shí)習(xí)答辯上展示的成果來看，這套系統(tǒng)的可用程度很高。我問他說：“實(shí)習(xí)單位對此是什么評價(jià)？”他哈哈一笑說：“我的那些師傅和同事們都說我不是來實(shí)習(xí)的，是來扶貧的。”但是這一笑過后，他這套頗有建樹的系統(tǒng)也就沒有然后了。

（后記：該同學(xué)后來參加考研，好像是考得不太理想，最后的出路未知。）

2.樹立“工業(yè)軟件意識”應(yīng)從改造觀念入手

上面講的四個(gè)故事雖然主角不同、經(jīng)歷不同，但都反映出我們國家的集成電路產(chǎn)業(yè)界甚至整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的“工業(yè)軟件意識”極其淡泊，對于以信息技術(shù)支撐工業(yè)設(shè)計(jì)的理解極不到位。

EDA軟件本質(zhì)是一種工業(yè)軟件，其目的是提升設(shè)計(jì)能力、加快設(shè)計(jì)自動化程度。廣義上任何一種用于工業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、組織、流通環(huán)節(jié)的軟件都可以稱為“工業(yè)軟件”。這種軟件本質(zhì)上和“工業(yè)母機(jī)”一樣，是工業(yè)能力的體現(xiàn)。最新被“瓦森納協(xié)定”納入管制名單的“計(jì)算光刻軟件（Computational lithography software）”就是一個(gè)典型的例子。在納米級集成電路工藝條件下，光刻機(jī)要生成芯片必須依賴于計(jì)算光刻軟件先行計(jì)算、仿真確定生產(chǎn)參數(shù)。離開了計(jì)算光刻軟件，光刻機(jī)生產(chǎn)芯片的良率就無法得到保障。

長期以來我們對于 EDA 軟件的認(rèn)識局限化、刻板化，在意識和觀念中存在很大不足。國內(nèi)早在10多年前就高瞻遠(yuǎn)矚地提出“以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化”的方針政策，而目前在 EDA 領(lǐng)域的認(rèn)識偏差恰恰是對這一方針認(rèn)識不到位的體現(xiàn)。目前，我們更重視一些有型的、可以直接用于生產(chǎn)的設(shè)備或工具，而對提升設(shè)備能力、加快生產(chǎn)流程的信息化技術(shù)的重視程度非常有限。

這種工業(yè)軟件思維的缺乏導(dǎo)致的國內(nèi)學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界對于 EDA 的錯誤觀念主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

（1）對EDA軟件理解“窄化”和“片面化”，沒有從信息技術(shù)促進(jìn)設(shè)計(jì)能力提升的角度來理解EDA軟件，更沒有從工業(yè)軟件的全局來衡量和定義EDA軟件。其實(shí)信息技術(shù)在多個(gè)設(shè)計(jì)/驗(yàn)證環(huán)節(jié)均能夠起到加強(qiáng)設(shè)計(jì)能力、提升生產(chǎn)效率的作用，提升這些能力必然要以某種軟件或程序作為載體，而這些軟件或程序都是廣義上的EDA軟件。但長期以來這些軟件或程序不被承認(rèn)為EDA軟件，也得不到足夠的重視。其實(shí)國內(nèi) EDA 軟件的起步完全可以走“服務(wù)信息產(chǎn)業(yè)”的道路，先從一些能夠提升設(shè)計(jì)效率的環(huán)節(jié)、流程入手。目前沒有把這些軟件、程序納入 EDA 工業(yè)軟件的范疇予以重視和支持，使得一些原生性的 EDA 工業(yè)軟件，在一開始就得不到承認(rèn)和支持，以至于“胎死腹中”，這使得我國具有原創(chuàng)性的EDA技術(shù)研發(fā)找不到生存的土壤。

（2）長期以來，高校和業(yè)界將EDA技術(shù)更多視為“學(xué)習(xí)如何使用EDA軟件做不同層次的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的工具，很少從工業(yè)軟件的角度，研究 EDA 的設(shè)計(jì)方法學(xué)。在高校的課程中冠名“EDA技術(shù)”的課程一般不講EDA背后的運(yùn)行原理，主要介紹硬件描述語言和各種工具的使用方法。出版的“EDA技術(shù)”的書籍大多也是同樣的情況。國內(nèi)某些所謂的“EDA協(xié)會”不研究EDA技術(shù)本身，大多是國外EDA 公司/FPGA 公司的“推廣協(xié)會”。這種名不符實(shí)的現(xiàn)象不但擠占了原本屬于真正的EDA技術(shù)的學(xué)術(shù)資源和課程資源，也在青年學(xué)子中造成了長期的概念混亂。這種“擠占效應(yīng)”使得本就不夠“肥沃”的土壤上雜草叢生，進(jìn)一步惡化了本土EDA軟件的生態(tài)環(huán)境。

（3）由于觀念的缺失，現(xiàn)有的各種考評機(jī)制并不鼓勵發(fā)展各種自主的 EDA 技術(shù)。由于我國在信息技術(shù)上是后發(fā)國家，我國的信息技術(shù)處于“吸收、消化、趕超”的階段，電子信息產(chǎn)業(yè)也長期處于“有所為有所不為”的狀態(tài)。長期以來，無論是在產(chǎn)業(yè)界還是在學(xué)術(shù)界，我們更加注重那些能夠直接“產(chǎn)出”的技術(shù)和工作，而對于能力建設(shè)的重視程度偏低。具體到集成電路領(lǐng)域，長期習(xí)慣依賴既有的、現(xiàn)成的工具軟件來產(chǎn)出成果，而對于自主建設(shè)一些 EDA 軟件，哪怕是輔助性的、廣義的EDA 軟件，也持否定態(tài)度。這種觀念在學(xué)術(shù)界的表現(xiàn)就是“五唯”，而在產(chǎn)業(yè)界的表現(xiàn)就是KPI導(dǎo)向的公司短視化的發(fā)展策略。這種短視化的考核機(jī)制只監(jiān)督“砍柴”，不鼓勵“磨刀”，更不鼓勵去“制造伐木鋸”。雖然“伐木鋸”造好以后能更好地“砍柴”，傳播制造“伐木鋸”的技術(shù)可以幫更多人更好更快地“砍柴”。但大量一線的科研人員、工程師由于時(shí)刻擔(dān)心每天要上交足夠的“柴”，而無法真正花費(fèi)時(shí)間、精力和心思去思考如何造“伐木鋸”。少部分有興趣、有追求的科研人員和工程師在這種機(jī)制下也備受折磨，逐漸熄滅了研究EDA軟件的熱情。

從以上分析可以看出，觀念上的偏差對我國包括 EDA 軟件在內(nèi)的工業(yè)軟件造成了長期的損害，對人才培養(yǎng)、學(xué)術(shù)研究、產(chǎn)品研發(fā)及各個(gè)公司內(nèi)部IT能力建設(shè)都造成了非常不良的影響。因此，必須從意識上、思想根源上對這個(gè)問題加以解決。

3.正本清源，從思想源頭上做好EDA人才隊(duì)伍建設(shè)

通過以上分析可以看出，從認(rèn)識上進(jìn)行“糾偏”是我國發(fā)展 EDA 軟件發(fā)展急需解決的一個(gè)重要問題。而首要問題是培養(yǎng)出一批具備“工業(yè)軟件思想”的人才，通過這樣一支穩(wěn)定的人才隊(duì)伍把正確的理念運(yùn)用到國產(chǎn) EDA 軟件及更為廣泛的工業(yè)軟件開發(fā)上。

要想從思想源頭上做好 EDA 人才隊(duì)伍建設(shè)，需要從幾個(gè)方面排除不利影響，造就培養(yǎng)、發(fā)掘人才隊(duì)伍的良好環(huán)境。個(gè)人建議應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手：

（1）建議教育部、國家新聞出版署和國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會等做好 EDA 技術(shù)名詞的規(guī)范工作。對于出版的教材、書籍中對“EDA技術(shù)”的濫用、亂用的行為應(yīng)盡快予以規(guī)范；對于內(nèi)容中并不包含講授“EDA技術(shù)”的教材、書籍（包括翻譯的書籍）的書名應(yīng)予以改正，用“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”“電路設(shè)計(jì)工具應(yīng)用”等更符合實(shí)際內(nèi)容的書名加以替代。

（2）建議科技部、國家自然科學(xué)基金委等科技主管部門和機(jī)構(gòu)，明確包含EDA軟件在內(nèi)的工業(yè)軟件研究范疇與范式，保證各級科研范疇中對工業(yè)軟件的研究支持不濫用、不亂用，切實(shí)落到實(shí)處。對于針對工業(yè)軟件這種既不能馬上產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益又不能發(fā)表論文和申請專利而開展的研究，提供穩(wěn)定的研究經(jīng)費(fèi)支持并進(jìn)行合理的考核研究，為這類研究保留足夠的持續(xù)發(fā)展空間。

（3）建議教育部及其教指委等部門和機(jī)構(gòu)從專業(yè)認(rèn)證的角度對各校所謂的“EDA技術(shù)”的課程大綱、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格核查，對實(shí)際上沒有講授EDA技術(shù)的課程要予以整改甚至撤銷。在此基礎(chǔ)上推動高校開設(shè)“真正的”EDA技術(shù)課程，釋放被占用的教育資源來培養(yǎng)真正學(xué)習(xí)過EDA技術(shù)的后備技術(shù)人才。

（4）建議各級學(xué)會、科協(xié)組織對于掛靠/下屬的“EDA學(xué)會”進(jìn)行清查和規(guī)范，對于沒有真正從事EDA學(xué)術(shù)研究、交流與推廣的學(xué)會應(yīng)予以限期整改或改名。

（5）以賽促學(xué)，產(chǎn)教融合。通過競賽搭建國內(nèi)真正從事EDA相關(guān)技術(shù)的學(xué)者、學(xué)生、產(chǎn)業(yè)公司之間交流的平臺。通過公司出題、學(xué)校參與、學(xué)生答題的形式，讓學(xué)生真正認(rèn)識到產(chǎn)業(yè)需求和真正的 EDA 技術(shù)在關(guān)注什么問題。通過“真刀真槍”的比拼，考查各個(gè)學(xué)校在 EDA 軟件領(lǐng)域的培養(yǎng)成果。以此推動培養(yǎng)一批真正具備“工業(yè)軟件”意識、熟悉EDA技術(shù)背后關(guān)鍵科學(xué)理論和方法學(xué)的年輕學(xué)子，為產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)足夠的后備軍。

（6）通過網(wǎng)絡(luò)課堂、直播講座等方式對已經(jīng)工作的年輕從業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)，將工業(yè)軟件的意識更加廣泛地傳播開，鼓勵他們嘗試在自己的工作中利用信息技術(shù)提升設(shè)計(jì)自動化水平。

（7）對于企業(yè)中開展的 EDA 軟件等工業(yè)軟件的研究應(yīng)予以扶持，通過知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)、高新企業(yè)認(rèn)定等政策鼓勵企業(yè)對自身員工自主開展相關(guān)研究予以保護(hù)和支持，從而推動國內(nèi)EDA技術(shù)的原發(fā)性生長。

以上是本人對于國產(chǎn)EDA技術(shù)發(fā)展的一些觀察和建議。

作者簡介：

黃樂天，電子科技大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院副教授，電子科技大學(xué)博士，CCF集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)組委員。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)與系統(tǒng)級芯片設(shè)計(jì)方法學(xué)，已在IEEE Transactions on Computers（CCF A類期刊）等高水平期刊和 CODE+ISSS、FCCM、ASPDAC 等頂級會議上發(fā)表高水平論文 50 余篇，申請專利20余項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)著作1部。參加工作以來主持和參與過國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目、國家科技重大專項(xiàng)、國家“863”重點(diǎn)研究計(jì)劃等國家級重點(diǎn)科研項(xiàng)目，曾榮獲Altera公司（Intel PSG）金牌培訓(xùn)師，第七、第八、第十二屆研究生電子設(shè)計(jì)大賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師，電子科大網(wǎng)絡(luò)名師等稱號。先后擔(dān)任過多個(gè)國際會議的PC Chair、TPC Chair、Special Session Chair、Session Chair等學(xué)術(shù)職務(wù)。