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王国裕2001年发表于光明日报的振聋发聩的文章:反向设计何时了 精选

已有 2375 次阅读 2017-3-14 07:02 |个人分类:鼓与呼|系统分类:观点评述

博主按:“低调的科学大家”http://blog.sciencenet.cn/blog-1557-1038952.html)一文受到不少博友好评。icdiy博友昨天在此文后发表评论说:

   读了文章, 深受触动,回想起十几年前在王老师和陆老师(博主注:指王国裕的妻子陆明莹,去年7月不幸病逝)门下的求学生涯, 也是在挣扎中努力学习开窍之路. 王老师和陆老师总是能在最适当的时候给我们点拨, 颇有拨云见日的感觉, 也正是在那研究生求学的三年里, 我们慢慢的学会了如何做科研, 怎样去工作. 毕业十多年了, 感觉依然受益无穷. 近几年, 每年都会见到王老师,能明显感觉到他的憔悴和辛苦, 但他依然不辞辛苦的奔波, 只为了理想和使命感.
   
二十年多年前, 他作为世界上第一颗CMOS sensor的主要设计者, 作为最早的一批海归, 投身国内的芯片设计业和教育业. 那时候国内懂芯片设计的人寥寥无几, 反向设计仍然是主流.王老师不顾得罪同行, 在光明日报写下了"反向设计何时了"的文章, 大声疾呼在芯片设计领域的原始性创新, 至今读来依然掷地有声. 二十多年后, 国家将集成电路产业列为重中之重, 国内的芯片设计水平也终于如王老师期望的一样取得了长足的进步. 在大家对集成电路产业还一无所知时, 王老师早已在这个领域名满天下, 而当很多人借着产业东风收获名利时, 他只是默默的怀着理想去继续做他想做的事情. 在他身上, 我能看到一种工匠精神, 多年如一日的专注在同一件事情上; 我能看到骄傲和自豪, 不为世俗折腰坚持理想; 我还能看到一种使命感, 殚精竭虑的去推动一个产业的进步.
他是老师, 教会我们很多; 他也是大师, 遗世而独立.

   下面,将“反向设计何时了”这篇文章与大家分享。请注意,作者是早在国家提出“自主创新”战略之前,就对“引进,消化,提高”的口号在新时期的适当性提出了质疑,非常有前瞻眼光,非常了不起。


一、反向设计与正向设计

反向设计是集成电路设计方法的一个专有名词。集成电路的设计最终要落实到代表电路结构的几何图形(这些图形的交迭构成集成电路的基本单元—主要是晶体管)。通过将图形转化为各加工工序所需的掩膜,加工厂家即可根据掩膜大规模地批量生产芯片。反向设计是通过拍摄和放大已有芯片照片得到版图的几何图形。由于原有芯片的图形尺寸极小且是多层重叠的,反向设计的工作量很大,而其出错概率也大。以一千门的不规则版图为例,反向分析就需一个工程师几乎一年的时间。随着电路规模的增大,这种反向分析的效率成倍地下降,错误概率成指数上升。一个几万门电路的反向设计几乎是不可能的,而几十万门的电路就完全不可能了。

集成电路的正规设计方法是正向设计,即根据产品确定的指标和要求,从电路原理或系统原理出发,通过查阅相关规定和标准,利用已有知识和能力来设计模块和电路,最后得到集成电路物理实现所需的几何图形。正向设计产品的性能可以通过仿真进行验证和预测。重要的是,正向设计的思维是积极主动的,知识是可以积累的,性能可以不断提高,产品可以不断更新换代,而反向设计即使百分之百正确,也只能是一个已经定型产品的模仿,在你辛苦进行反向设计时,别人的第二代第三代产品又已经出来了,你的东西又有何竞争力呢?

正向设计的文件通过目前世界流行的EDA工具的所有检查后,如果功能正确,无论在哪个工厂加工,都可以成功。而反向设计做不到这一点。由于各工厂的工艺的差别,同样的掩膜在不同工厂加工的芯片性能是不能保持一致的,特别是含有模拟模块或小信号放大的集成电路,以及低电压集成电路。


二、反向设计有用吗

反向设计之所以在我国仍很流行,一些反向设计专家的依据主要是:

1.先从反向设计起步积累经验,再转向正向设计。

2.正向设计做不了,反向设计还能有些成功。

3.反向设计可以借鉴别人的成功经验。

对于第一种观点,首先从设计方法本身来说,正向设计是从系统出发,以HDL语言为主,而反向设计是着眼于得到几何图形参数,显然做不到把底层的几何结构与高层的HDL语句相对应。因此反向设计所积累的经验,对于从系统级着手的正向设计来说没什么用处。我们只要看一看很多单位已做了几十年的反向设计,但是至今依然离不开反向设计,就知道从反向设计转向正向设计是何等的困难。

对于第二种观点,我们认为,反向设计不可能有任何成功。所谓“成功”的一些例子不外乎三类:第一类是简单的反向设计,规模介于几十到几百门之间。这种电路规模太小,在EDA工具出现前,我国就有手工刻红膜正向设计几百门的能力。在当今集成电路已发展到超大规模、SOC的时代,这种电路显然不值一提。第二类是较复杂的反向设计如CPU、DSP。但据了解,大多数都是毫无结果(这里指标准化、产业化的IP核和芯片),更不用说产业化。这种情况其实也是可以预料的。对于复杂的系统,反向设计不可能预见芯片的全貌,即使版图翻版得完全一样,还有芯片结构的纵向因素、生产的工艺因素,以及原设计的局限和瓶颈等等。反向设计是不可能达到对所有因素都完全理解的。第三类是反向设计与正向设计的结合。即设计前通过查阅相关产品的资料和使用说明,对一个芯片的功能、外部信号及其应用有一个比较透彻的了解,再通过对该芯片进行解剖分析,理解整个芯片电路(当然复杂程度不能太高),最后用EDA工具进行仿真、设计。我们认为这样的成功也不是对反向设计的肯定。现在国内已有很多单位采用这种方法设计出IC卡芯片。但其成功的原因并不在于其反向设计的工作,而在于其正向设计的相关工作。IC卡芯片相对比较简单,如果完全正向设计也容易,而且会更快、更好,还可以不断更新换代。现在的情况是,当这些单位还在费尽心思解剖芯片时,别人的新产品如智能IC卡芯片已经出来了,他们永远都是落在别人后面。如果把他们投入的人力、财力和时间与最后产品的竞争力结合起来考虑,就不能说是成功了。

关于第三种反向设计借鉴的观点,需要说明的是,正向设计并不排斥借鉴和交流,而是积极有效的借鉴和交流。比如,可以通过书籍、会议、上网、查找专利、查找协议等各种途径获取最新资料,亦可从市场反馈、用户反馈等各种途径获取信息,并可以及时更新自己的设计。正向设计中的IP调用就是一种积极主动的借鉴和交流的手段。而反向设计的借鉴是形似,根本不可能达到神似。


三、应当禁止反向设计

事实上,反向设计不但没有任何用处反而危害极大,它已不仅仅是一个设计方法的问题,更是影响到我国微电子产业战略决策和发展的重大问题。今天国内众多高校和科研院所普遍都采用反向设计的课题培养研究生;一些重点工程项目仍旧沿用反向设计的方法;许多学术带头人也是只有反向设计的经验。这些专家也能影响到我国微电子产业战略方针政策的制定,因而更有问题。

同时,目前越来越多的年轻工作者都正在或将要从事反向设计。而对青年人来说,学习正向设计要比学习反向设计更容易,更有趣,更有发展。反向设计实际上束缚了创新的欲望和思维。

反向设计对国内集成电路的发展所带来的后果已经极其严重,发展下去,我们只能跟在发达国家的身后爬行。反向设计对于微电子产业正如兴奋剂对于体育界一样。

国家有关部门应当旗帜鲜明地对反向设计说“不”,同时大力提倡正向设计,并采取得力的措施。比如重大工程项目禁止采用反向设计;科技成果评审严禁反向设计作品等等。只有这样,中国微电子产业的发展才能与国际接轨,才能有腾飞之日。

就目前的认识水平而言,全面禁止采用反向设计可能难以为许多同行所接受。但我们希望看到我国微电子产业的腾飞,为了这一共同的目标,希望同行能冷静思考这一问题。

本文所述虽然是集成电路设计方法之争,但可推而广之到整个科技教育界。比如长期以来流传的“引进,消化,提高”的口号,在改革开放前无疑是正确的,但是在我国全面对外开放的今天,此口号似乎有一种不鼓励创新的消极含义。又如,相当多的人认为我国的研究水平很高,只是科研成果没有产业化。而我们认为在很多高新技术领域的水平并不高,一些科研成果的水平本身也不具备产业化的条件。事实上一些科研成果的出发点更多的是在于经费申请和鉴定评奖,这也反映出我国特有的科研经费申请制度、职称评定制度、鉴定评奖制度所存在的不合理成份。




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