章宸在補天計劃啟動後的第四個月,第一次把八個高校團隊的全部產出匯總到一張進度表上。這張表貼在中央研究院封閉開發區走廊的玻璃牆上,長兩米寬一米,用六種顏色的標籤標註了不同模塊的完成度——邏輯綜合模塊的國產替代方案完成了百分之七十三,布局布線模塊完成了百分之六十一,時序分析模塊只完成了百分之四十八,而物理驗證模塊的進度條剛剛越過百分之四十的刻度線。
進度表的標題是章宸手寫的四個字:「補天全貌」。下面有一行小字,寫著日期和陳醒在補天計劃啟動時說的那句話——「我們也能寫EDA。」
四個月的時間,八個高校團隊、一百四十餘名研究員和研究生、再加上未來科技中央研究院的四十餘名晶片設計工程師,共同完成了一件在正常研發周期里需要兩年才能完成的事情:搭建了一套覆蓋數字晶片設計全流程的國產EDA工具鏈原型。從寄存器傳輸級綜合到門級網表生成,從布局規劃到時鐘樹綜合,從靜態時序分析到物理驗證——每一個環節都有至少一個國產替代模塊在跑。雖然性能、精度和對先進工藝節點的支持程度距北洲那家行業巨頭的同類產品還有差距,但全流程已經可以跑通一顆中等規模晶片從設計輸入到位圖數據輸出的全部工序。
「跑通」這個詞是章宸在進度評審會上反覆斟酌後選定的。他不說「替代」,不說「對標」,只說「跑通」。因為跑通意味著一顆晶片用這套工具鏈從頭到尾走完了全部設計流程,生成了可以交付代工廠的版圖數據——至於這顆晶片能不能流片成功,性能能不能達到設計指標,那是下一步要驗證的事。
章宸決定用一次公開演示來驗證「跑通」這兩個字的分量。
演示的日期定在造芯學院首屆畢業典禮後的第十天。地點選在合城產學研融合中心的多功能廳——就是方敏辦畢業典禮的那間大廳,這次重新布置成了技術演示現場。主席台上擺著三排工作站,每排四台,分別運行著補天工具鏈的不同模塊。第一排是前端設計——邏輯綜合和時序約束輸入,第二排是物理設計——布局布線和時鐘樹綜合,第三排是後端驗證——靜態時序分析和物理驗證。十二台工作站全部斷開外部網絡連接,運行在合城本地部署的伺服器集群上,不使用任何雲端算力,不依賴任何北洲EDA工具的許可證。
這個設定是章宸特意要求的。「不依賴外部工具和算力」是張京京在功耗曲線優化攻關中提出物理時鐘偏斜方案時寫下的設計準則,現在這條準則被原封不動地搬到了設計工具國產鏈路的演示中。
演示用晶片的選型,章宸和張京京反覆討論了兩輪。天權6號的規模太大,不適合做首次全流程驗證;天權4號已經有成熟的量產數據,用國產工具鏈跑一遍雖然能看出和進口工具的差距,但缺乏「從零到一」的示範意義。最終選定的是一顆正在造芯學院實訓課程中使用的教學晶片——尺寸在天權4號的三分之一左右,包含了處理器核、片上總線和外設接口三種典型數字電路模塊,工藝節點和天權4號保持一致,設計規格足夠完整但又不至於讓演示時間拉到不可控的程度。
「這顆晶片的名字叫『青苗一號』。」章宸在演示前一天的技術準備會上說,「它在功能上沒有任何新意——所有模塊都是成熟設計。但正因為功能上沒有新意,設計工具的差異才能被看得更清楚。同一顆晶片,用北洲EDA跑出來的版圖和用補天工具鏈跑出來的版圖放在一起對比,面積、功耗、時序裕量——每一項差距都是工具能力的真實反映,和設計複雜度無關。」
張京京在準備會上補充了一個技術細節:青苗一號的RTL代碼在演示前一天已經通過了補天工具鏈全部模塊的單元測試,確認了邏輯綜合可以產生正確的門級網表,布局布線可以在面積約束下完成全部標準單元的放置和走線,時序分析可以在設定的時鐘頻率下給出完整的時序報告。唯一沒有跑通的是物理驗證中的天線效應檢查——補天工具鏈的天線效應檢查模塊目前還依賴一個從公開學術論文中移植的算法,對先進工藝節點的金屬層寄生參數提取精度不夠。
「天線效應檢查的精度問題不影響演示。」張京京說,「因為我們可以當場跑一遍北洲EDA的物理驗證作為對比——不是用北洲EDA替代補天工具鏈,而是用對比數據證明補天工具鏈在哪個環節差多少。這種坦誠比藏拙更有說服力。」
章宸同意了這個方案。他在演示議程的最後一頁加了一行備註:「本演示不聲稱補天工具鏈已達到進口工具同等水平。本演示的目的是證明——一條完全自主可控的數字晶片設計工具鏈路已經存在,並且可以產出符合代工廠工藝設計套件要求的設計數據。至於它和進口工具的差距有多大、差距在哪裡、怎麼追趕——這些都是公開透明的,歡迎任何有技術判斷能力的第三方來驗證。」
演示當天,合城產學研融合中心的多功能廳座無虛席。除了中央研究院的晶片設計團隊、補天計劃八個高校團隊的代表和造芯學院設計方向的三十六名首屆畢業生之外,章宸還特意邀請了三個特殊的觀摩群體:恆芯集成的孟總帶著兩名封裝工藝工程師——因為晶片版圖數據最終要交付封裝廠做焊盤布局規劃;星環科研獎勵機制學術委員會的兩名委員——一位來自國內一所工科大學的集成電路學院,一位是哈森院士推薦的材料科學專家;還有方程通過加密視頻鏈路接入的三位南洋渠道聯合體合作夥伴的技術負責人——爪哇商城的李瑞明、南洋萬通的黃志強和新加坡服務中心的天機雲基礎設施工程師。
李明哲沒有出現在演示現場。他正在日內瓦準備聯合檢測驗證工作組首次技術磋商後的第二回合質詢——關於生態規則制定權的程序透明度。但他在演示開始前四十分鐘給章宸發了一條加密消息:「設計工具國產鏈路的演示錄屏和全流程日誌數據,請完整存檔。天罡Edge接口分級的審計日誌模塊已經證明了我們可以被審計,補天工具鏈的全流程日誌應該成為下一個可以提交給工作組的『可驗證』證據。工具鏈的自主性不是一個政治口號,而是一個可以通過完整日誌追溯的技術事實。」
章宸把李明哲的消息轉發給周明,附了一句話:「全程錄屏、全量日誌、獨立驗證——演示結束後的材料歸檔按審計標準執行。」
上午九點整,章宸站在主席台前,沒有念任何開場白。他拿起雷射筆,指向身後大屏幕上投出的補天工具鏈架構圖,說了一句讓在場所有人都安靜下來的話:「四個月前,我們在這個會議室里開補天計劃的啟動會。當時有人問,四個月夠幹什麼。今天我來回答——四個月夠跑通一條路。」
他按下演示啟動鍵。
第一排工作站的屏幕上,青苗一號的RTL代碼被讀入補天邏輯綜合模塊。綜合引擎開始將寄存器傳輸級描述映射到標準單元庫,屏幕上的狀態欄跳動著綜合進度百分比。大屏幕的右側分屏實時顯示著綜合過程中的關鍵指標——面積估算、功耗估算、時序估算。這些數字在綜合進行到百分之三十左右時開始出現和北洲EDA綜合結果的偏差——面積大了百分之六,功耗高了百分之四,建立時間裕量少了零點一納秒。
「偏差的根因在綜合引擎的標準單元庫映射算法上。」章宸用雷射筆圈出偏差數據,語氣平靜得像在讀一份技術報告,「北洲EDA的綜合引擎積累了二十年的標準單元庫特徵化數據,對每一種邏輯結構的最優映射路徑都有預訓練的推薦模型。補天的綜合引擎目前用的是基於規則的多目標優化算法——規則是透明的,但優化的精細度不如基於歷史數據的預訓練模型。這個差距,預計在下一版綜合引擎中通過引入小芯AI的特徵學習模塊來縮小。」
他沒有跳過偏差數據,也沒有為偏差找任何辯解的理由。他只是把每一項偏差的根因、當前解決方案和預期收斂時間逐一標註在大屏幕上。這種坦誠反而讓在場的技術觀摩者全部安靜下來——他們習慣了在各種演示中看到被精心修飾過的「完美數據」,第一次看到一個技術負責人把工具鏈的缺陷攤在桌面上逐條解釋。
綜合完成後,門級網表自動傳入第二排工作站的布局布線模塊。布局規劃引擎開始將標準單元按功能模塊分區放置在版圖區域內,時鐘樹綜合引擎同步開始構建時鐘緩衝器網絡。大屏幕左側顯示著版圖的實時生長過程——標準單元像矩陣一樣在深藍色的版圖背景上鋪開,金屬走線層疊交織成密集的網絡。右側分屏顯示著和北洲EDA同步運行的對比數據——補天工具鏈的布局布線完成時間比北洲EDA慢了大約百分之四十,版圖面積大了百分之八,繞線層數多了一層。
張京京從第二排工作站前站起來,接過章宸的雷射筆。她在天權6號的物理設計中剛剛完成了兩套封裝接口方案的預布局,對布局布線引擎的評估標準比任何人都更苛刻。「慢了百分之四十——這個差距看起來很大,但拆解到根因上只有三個。第一,布局規劃引擎的全局優化疊代次數目前設置得偏保守,可以把疊代次數增加百分之三十換取面積和時序的改善,但運行時間會進一步拉長。第二,時鐘樹綜合對多時鐘域設計的分支平衡策略還缺少對工藝偏差的自適應補償——這個功能在北洲EDA里是標準配置,在補天工具鏈里目前需要手動設置偏斜約束。第三,繞線引擎的並行計算調度還沒有充分利用合城本地伺服器集群的多核架構,繞線任務目前是單線程串行執行的。」
她在說的同時把三個根因的改進方案和預期收斂時間逐項列在大屏幕的右側。改進方案不是模糊的「繼續優化」,而是具體的代碼提交節點和測試用例編號——第一個根因的改進代碼已經由補天計劃高校團隊中的一所中部工科大學提交到了合城伺服器集群的測試分支,預計兩周內完成回歸測試。
版圖數據生成後,第三排工作站的時序分析模塊開始運行。靜態時序分析引擎對版圖中每一條時序路徑逐一計算建立時間和保持時間裕量,檢查結果以顏色標註的時序路徑圖顯示在大屏幕上。綠色的路徑表示裕量充足,黃色的表示裕量在規格邊緣,紅色的表示時序違例。青苗一號的全部時序路徑中,綠色占比百分之八十七,黃色占比百分之十一,紅色占比百分之二——比北洲EDA的時序分析結果多出了大約百分之一的紅色路徑。
「這百分之二的紅色路徑是虛假違例。」張京京把紅色路徑的詳細報告放大,「補天時序分析引擎在提取寄生參數時,對多層金屬堆疊結構的耦合電容建模偏保守——它用了一個基於二維電場近似的簡化公式,沒有考慮三維電場在金屬側壁的屏蔽效應。北洲EDA用的是三維有限元求解器,耦合電容的提取精度更高。這百分之二的虛假違例在實際流片時不會造成功能失效,但它會迫使設計團隊花額外的工程時間去逐條排查和手動標註時序例外。這是補天時序分析模塊下一個版本要解決的最優先問題——不是不能跑,是跑完之後還要花人工去清理虛假違例,這個人工成本是工具成熟度的真實瓶頸。」
最後一個環節是物理驗證。補天的物理驗證引擎開始檢查版圖的工藝設計規則符合性——最小線寬、最小間距、金屬密度、通孔包圍等數百條規則的逐項掃描。大屏幕上跳動著規則檢查的進度條,每一條規則的檢查結果以綠色通過或紅色違規標註。青苗一號的版圖在四百二十條規則中通過了四百一十二條,違規八條——其中六條是天線效應檢查的精度不足導致的虛假違規,兩條是真實的工藝設計規則違例,需要手動修正版圖。
章宸在八條違規數據出現時沒有關掉屏幕。他讓屏幕上的違規報告完整展示在所有觀摩者面前,然後拿起雷射筆,把兩條真實違例的位置在版圖上逐一標註出來。「這兩條違例的根因是補天布局布線引擎對工藝設計規則約束的優先權重設置和代工廠提供的設計規則手冊存在偏差。代工廠規則手冊中有一條關於通孔陣列最小間距的約束在文檔中被標註為『推薦值』,但在實際工藝中這條約束是強制性的——不滿足會導致光刻工藝的聚焦裕量不足。北洲EDA在讀取代工廠規則手冊時會自動將這類『推薦值』升級為『強制值』,補天的規則引擎目前還不具備這種基於工藝經驗的自動升級能力。」
哈森院士推薦的物理驗證專家坐在第一排,聽到這裡時在筆記本上寫了一行字。他寫的不是問題,而是解決方案:「規則引擎的自動升級機制——建議補天團隊與代工廠工藝整合工程師建立直接溝通渠道,獲取規則手冊之外的工藝經驗數據。這類經驗數據通常不在公開文檔中,需要通過聯合驗證項目獲取。」他把筆記本推到章宸面前,章宸看完後當場拍了一張照片發給了補天計劃高校團隊的規則引擎負責人。
演示進行了將近兩小時,全場無人離席。當第三排工作站最終生成完整的版圖數據並輸出設計交換格式文件時,章宸在大屏幕上調出了最後一組對比數據——補天工具鏈和北洲EDA針對同一顆青苗一號晶片的最終交付物對比。版圖面積:補天比北洲大百分之八點三。功耗:補天比北洲高百分之五點一。時序裕量:補天比北洲少零點一二納秒。物理驗證違規數:補天八條,北洲零條。
章宸在對比數據下寫了一行字:「差距,已知。追趕路徑,已規劃。」
然後他關上投影,對著全場說了一段讓所有人都沉默了片刻的話。「有人在補天計劃啟動時間過我——我們為什麼要自己做EDA?北洲的EDA工具用得好好的,性能穩定,生態成熟,全球所有晶片設計公司都在用。我的回答是:因為工具鏈的自主性不是一個技術問題,而是一個生存問題。實體清單可以在一夜之間切斷代工通道,也可以在一夜之間切斷EDA許可證。北洲上一次升級EDA出口限制的時候,受影響的企業不是不能設計晶片——他們是一行RTL代碼都改不了,因為所有代碼都要在EDA工具里打開。工具斷了,就意味著整個晶片設計能力歸零。」
他頓了頓,指向身後那十二台斷開了所有外部網絡連接的工作站。「今天這場演示要證明的不是我們已經追上了北洲——我們沒追上,差得還遠。我們要證明的是,從今天起,未來科技具備了一條不需要任何外部工具許可證就能獨立完成數字晶片全流程設計的工具鏈路。它的性能還不好,精度還不夠,對先進工藝節點的支持還不到位。但它在跑,而且它的每一次疊代都掌握在我們自己手裡。北洲的工具斷供不再是滅頂之災,而是一個痛苦但可管理的損失——這就是補天計劃的意義。」
散場後,李明哲發了一條消息到章宸的終端上。消息內容極其簡短:「日內瓦方面已收到補天演示錄屏。聯合檢測驗證工作組歐方秘書處確認,將設計工具鏈的全程可追溯日誌納入『技術安全性』維度的驗證材料目錄。這是繼供應鏈韌性之後,我們打開的第二個驗證維度。」
章宸把消息轉發給陳醒,附了一句話:「補天演示例完成。下一件事——合城產能運營智能化改造,老韓的產線和天樞OS的深度集成。」
陳醒回復只寫了三個字:「讓他講。」