近日，合肥工業(yè)大學(xué)微電子學(xué)院集成電路設(shè)計(jì)研究中心解光軍教授團(tuán)隊(duì)在分子場(chǎng)耦合納米電路（Molecular Field-Coupled Nanocomputing, MolFCN）自動(dòng)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得新進(jìn)展，研發(fā)并開源了面向MolFCN的全流程EDA平臺(tái)。相關(guān)成果以An Automated RTL-to-Device Design Framework for Molecular Field-Coupled Nanocomputing Circuits為題，發(fā)表在國(guó)際電路與系統(tǒng)領(lǐng)域著名期刊IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers（https://ieeexplore.ieee.org/document/11130445），合肥工業(yè)大學(xué)為第一署名單位，第一作者為博士生通訊作者為解光軍教授。

MolFCN是一種面向后摩爾時(shí)代的新型計(jì)算范式，其運(yùn)算機(jī)制依賴于分子間的電場(chǎng)耦合，具備低功耗與超高集成度的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是未來(lái)信息處理的重要方向之一。然而，MolFCN電路的自動(dòng)化設(shè)計(jì)長(zhǎng)期受限于剛性的時(shí)鐘相位約束、低效的布局布線算法以及缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的門級(jí)到器件級(jí)映射路徑等問(wèn)題。

圖1. iFCN平臺(tái)設(shè)計(jì)框架和軟件UI界面

為此，團(tuán)隊(duì)開發(fā)iFCN平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了從RTL電路輸入到器件級(jí)版圖輸出的完整自動(dòng)化設(shè)計(jì)流程。平臺(tái)在底層引入Morton編碼驅(qū)動(dòng)的四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一建?？臻g與時(shí)鐘資源，提升版圖的緊湊性與可擴(kuò)展性；在放置優(yōu)化中，融合圖卷積網(wǎng)絡(luò)（GCN）學(xué)習(xí)的拓?fù)淝度胩卣?，引?dǎo)層內(nèi)排序與遞歸劃分，有效降低交叉線，提升布局質(zhì)量；在布線環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了支持多扇出路徑復(fù)用的改進(jìn)型A*路由算法，提升布線成功率與連通性；在頂層策略中，提出輕量級(jí)自適應(yīng)時(shí)鐘相位分配機(jī)制，并研發(fā)了支持多層電路結(jié)構(gòu)的門級(jí)到器件級(jí)映射算法，可直接對(duì)接項(xiàng)目組自研的高效單穩(wěn)態(tài)與雙穩(wěn)態(tài)仿真模型，實(shí)現(xiàn)從邏輯設(shè)計(jì)到物理驗(yàn)證與能耗評(píng)估的閉環(huán)集成。

大量基準(zhǔn)電路測(cè)試結(jié)果表明，iFCN相較傳統(tǒng)啟發(fā)式方法在運(yùn)行時(shí)間上提升約30%，在版圖面積上優(yōu)化約；平臺(tái)可在1秒內(nèi)完成超過(guò)150節(jié)點(diǎn)的器件級(jí)布局，并具備在 5000+節(jié)點(diǎn)規(guī)模下高效處理交叉線的能力。評(píng)估還顯示，iFCN的整體性能已與目前國(guó)際最先進(jìn)工具——慕尼黑工業(yè)大學(xué)提出的fiction相當(dāng)且功能更為豐富。同時(shí)，在與24nm與12nm CMOS工藝設(shè)計(jì)的對(duì)比中，iFCN生成的MolFCN電路在面積利用率和功耗表現(xiàn)方面也展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)了分子級(jí)計(jì)算在能效與集成密度方面的巨大潛力。目前，iFCN已在GitHub全面開源，可提供完整的源代碼、測(cè)試數(shù)據(jù)與樣例電路，歡迎廣大研究者訪問(wèn)使用，平臺(tái)主頁(yè)https://github.com/li-yangshuai/iFCN。

圖2. iFCN核心算法之一——基于GCN圖繪制布局布線算法示意圖