為全球唯一於三大頂尖國際擺置研發競賽之三冠王

張耀文、黃朝琴、楊勝為、陳思鐸、張晉豪、林柏僑、李昕穎

臺大電子與電機研究所於電子設計自動化領域再度創下世界紀錄！今年於美國加州蒙特利市 (Monterey) 舉辦的「ACM 國際積體電路實體設計會議」 (ACM International Symposium on Physical Design, ISPD) 公布為期三個多月的「ACM ISPD細部可繞度導向擺置研發競賽」（ACM ISPD Detailed Routing-Driven Placement Contest）最終結果，由臺大電機系與電子所張耀文教授(電機資訊學院副院長)和電子所博士生黃朝琴、碩士生陳思鐸、楊勝為、林柏僑和電機所碩士生張晉豪與研究助理李昕穎所共同研發的積體電路擺置器NTUplace4dr獲得了第一名的榮耀！

此項結果被電機資訊領域最重要國際媒體 EE Times 的資深技術編輯 Colin R. Johnson (2010 京都賞 [Kyoto Prize in Journalism] 得主) 譽為「地表最優秀工程人才競技場」 的獲勝者 (“The Best and Brightest Worldwide: The best engineering minds on the planet compete each year in the ACM’s ISPD design contest, which was won this year by the National Taiwan University” (4/6/2015, EE Times)。更值得一提的是，張耀文教授研發團隊成為全球首度於三大頂尖國際擺置研發競賽 (ACM ISPD、ACM/IEEE DAC及IEEE/ACM ICCAD) 的三冠王，大幅提升臺大在此領域的領導地位。台灣和張耀文教授研發團隊在電子設計自動化領域的重要國際地位，曾獲 EE Times 報導： “Taiwan’s success so far has been in large part due to electronic design automation (EDA) expertise, where it has only been outperformed by the U.S. for the last five years… (Yao-Wen) Chang is typical at NTU, a microelectronics pioneer in EDA, due to receive four separate awards at DAC 2013’s 50th anniversary celebration next month, all related to his unstoppable stream of DAC research papers presenting deep insights into EDA.” (5/15/2013, Colin R. Johnson)

「ACM ISPD 國際積體電路實體設計研發競賽」是由全球研究計算機科學的權威學會ACM (Association for Computing Machinery)所舉辦的。此競賽於2005年首辦，至今年為第11屆，每年12月委由業界一流公司(今年為Mentor Graphics，之前有 IBM 和 Intel) 公布研發競賽題目，3月繳交研發成果和軟體系統，由業界公司負責提供測試電路，並測試參賽隊伍所繳交的軟體系統，最後於4月假年度「ACM 國際積體電路實體設計會議」(ACM ISPD) 公佈競賽結果 (會議網站為www.ispd.cc)。每年競賽題目皆為當今產學界研究積體電路實體設計流程中的重要議題，如擺置 (Placement) 競賽、全域繞線 (Global Routing) 競賽、時脈網路合成 (Clock Network Synthesis) 競賽以及元件尺寸最佳化 (Gate Sizing) 競賽，皆吸引世界各地的頂尖研究團隊參賽，以期對目前產學界遇到最棘手的實體設計問題研發出解決方案。歷年來，此競賽已成為電子設計自動化領域的年度盛事，每年競賽結果皆吸引產學界高度關注，並獲半導體工業最重要的專業媒體「電子時報」 (EE Times) 的報導。

今年的競賽題目為開發一個積體電路細部可繞度導向擺置系統，旨在將給定的數百萬電路元件擺置於晶片上的最佳位置，以求總連線長度最短、電路速度最快和繞線最易，並滿足業界晶片設計的低功耗技術考量，此問題為當代積體電路設計自動化所面臨的最關鍵挑戰之一。參賽者所開發的軟體系統必須成功擺置由 Mentor Graphics 所提供的18個實際業界電路和2個特殊測試電路，同時也必須能達到短線長、高可繞度以及快速完成擺置的目標，以符合當今日趨複雜的電路系統設計需求。競賽結果由Mentor Graphics所研發的軟體 (Olympus-SoC Router) 評分，分別對20組設計做排名後，平均排名總和較小的隊伍獲勝。本屆競賽競爭激烈，參賽隊伍主要來自亞洲、北美洲、南美洲和歐洲的研究團隊，不僅涵蓋各知名學府，更有兩岸三地頂尖學校 (台灣的臺、清、交、大陸北京和香港中文大學等等)參與。

此次競賽結果臺大團隊所研發的積體電路擺置器NTUplace4dr，以顯著的差距獲得第一名優勝 (1st place winner)，為臺大贏得了極高的學術榮譽及國際聲望。團隊成員有電子所和電機所學生黃朝琴、陳思鐸、楊勝為、林柏僑、張晉豪與李昕穎和張耀文教授，該團隊的 NTUplace4dr以高達16% 及32% 的排名總和差距，遙遙領先第二名的加拿大卡爾加里大學與滑鐵盧大學University of Calgary and University of Waterloo聯隊及第三名的香港中文大學研發團隊。值得一提的是，電路擺置 (placement) 的技術為當今積體電路設計自動化領域最受注目的主題，此使得三大頂尖電子設計自動化國際會議 (ACM ISPD、ACM/IEEE DAC及IEEE/ACM ICCAD)皆於近年舉辦國際擺置研發競賽，而本校電子所和電機系張耀文教授研究團隊為全球唯一於此三大頂尖國際擺置競賽皆獲冠軍的團隊。更特別的是，此為張耀文教授團隊於近六年的第六個國際研發競賽冠軍，亦為全球第一 (參見圖五其他五項EDA國際競賽第一名獎牌: 2009 ACM ISPD Clock Network Synthesis Contest, 2011 IEEE CEDA PATMOS Timing Analysis Contest, 2012 ACM ISPD Gate Sizing Contest, 2012 ACM/IEEE DAC Routability-Driven Placement Contest 和2013 CAD Contest @ IEEE/ACM ICCAD)。此足見臺大在電子設計自動化領域的領導地位，實為台灣之光。

今年參賽的 NTUplace4dr 擺置器為張耀文教授團隊十年來所研發的第四代系統，該團隊所研發的第三代系統 NTUplace3 於2008年技轉思源科技 (SpringSoft)，為其 Custom Digital Placer (Laker) 的核心引擎，並成為其暢銷的設計工具，對其於2012年以新台幣約122億售予全球EDA第一大廠新思科技 (Synopsys) 有重要的貢獻；而其第四代系統亦已成為新創公司至達科技 (Maxeda Technology) 的核心技術，充分展現臺大研發成果的產業價值與社會影響。

附記一：台灣近年於EDA領域的國際知名度與影響力極高，2006至2014 年間每年於EDA兩大頂尖國際會議ACM/IEEE DAC和IEEE/ACM ICCAD皆名列全世界國家排名第二位 (僅次於美國；參見圖七國家排名)；此期間臺灣大學的論文發表數，於高達十屆DAC或ICCAD中名列全世界各單位 (學校、公司和研發機構) 第一位 (參見圖八單位排名)，而張耀文教授團隊於此期間，每年DAC 和 ICCAD 合併論文發表數皆為全世界第一名，張教授並於DAC五十周年(2013年)時，獲該會頒發四項研究貢獻和紀錄創新獎，為非美國學者獲獎最多最高者。(參見圖九國際媒體對台灣和臺灣大學在EDA領域崛起的報導。)

附記二：DAC 和 ICCAD為 EDA領域最頂尖的國際會議，被Microsoft Academic Research 資料庫分別列為 Hardware and Architecture領域102個國際會議中的第一名和第三名。

張耀文，1988年本系大學部畢業，1996年美國Texas at Austin博士。黃朝琴，縣微電子所博士生。楊勝為、陳思鐸、林柏僑，現為電子所碩士生。張晉豪，現為電機所碩士生。李昕穎，現為研究助理。

 

圖一: NTUplace4dr研發團隊成員(前排左起: 張耀文教授、博士生黃朝琴; 後排左起: 碩士生楊勝為、陳思鐸、張晉豪、林柏僑與研究助理李昕穎)

 

 

圖二: 競賽第一名獎牌

 

 

 圖三: 特殊測試電路，內含十餘萬個電路元件(各個顏色的小點)和十餘萬條訊號線(未顯示於圖中)，各顏色的電路元件必須擺置於所對應顏色的12個區塊內

 

 

圖四: 業界測試電路 mgc_superblue11_a，內含 4 種區塊限制和1458個模組、90餘萬個電路元件和90餘萬條訊號線(未顯示於圖中)，左圖為其平面規劃，右圖為其擺置結果

 

 

 

圖五: 其他五項EDA國際競賽第一名獎牌: (左上) 2009 ACM ISPD Clock Network Synthesis Contest 第一名/Top Performers; (左下) 2013 CAD Contest @ IEEE/ACM ICCAD第一名; (右上): 2011 IEEE CEDA PATMOS Timing Analysis Contest 第一名; (右中): 2012 ACM ISPD Gate Sizing Contest第一名; (右下): 2012 ACM/IEEE DAC Routability-Driven Placement Contest第一名

 

 

 

圖六: NTUplace第四代系統亦已成為新創公司至達科技 (Maxeda Technology) 的核心技術

 

 

 圖七: 台灣於2006至2014 年每年於頂尖EDA國際會議DAC和ICCAD皆名列全世界國家排名第二位 (僅次於美國)，此圖為  DAC論文統計。

 

 

 

圖八: 臺灣大學於2006至2014 年間，每年於頂尖EDA國際會議DAC和ICCAD總和論文數皆名列全世界各單位 (學校、公司和研發機構) 第一位，此圖為  2013 和2014 DAC論文排名統計。

 

 圖九: EDA 國際重要媒體EDACafe 報導 (11/20/2007); 文中提及臺灣、臺灣大學和相關團隊在ICCAD競賽和論文發表的成就，文末稱讚臺灣大學為 “a first for any single institution at ICCAD”。