近日，合肥工業(yè)大學微電子學院集成電路設計研究中心解光軍教授團隊在分子場耦合納米電路（Molecular Field-Coupled Nanocomputing, MolFCN）自動化設計領域取得新進展，研發(fā)并開源了面向MolFCN的全流程EDA平臺。相關成果以An Automated RTL-to-Device Design Framework for Molecular Field-Coupled Nanocomputing Circuits為題，發(fā)表在國際電路與系統(tǒng)領域著名期刊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代的新型計算范式，其運算機制依賴于分子間的電場耦合，具備低功耗與超高集成度的優(yōu)勢，被認為是未來信息處理的重要方向之一。然而，MolFCN電路的自動化設計長期受限于剛性的時鐘相位約束、低效的布局布線算法以及缺乏標準化的門級到器件級映射路徑等問題。

圖1. iFCN平臺設計框架和軟件UI界面

為此，團隊開發(fā)iFCN平臺，實現(xiàn)了從RTL電路輸入到器件級版圖輸出的完整自動化設計流程。平臺在底層引入Morton編碼驅(qū)動的四叉樹數(shù)據(jù)結構，統(tǒng)一建?？臻g與時鐘資源，提升版圖的緊湊性與可擴展性；在放置優(yōu)化中，融合圖卷積網(wǎng)絡（GCN）學習的拓撲嵌入特征，引導層內(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)，設計了支持多扇出路徑復用的改進型A*路由算法，提升布線成功率與連通性；在頂層策略中，提出輕量級自適應時鐘相位分配機制，并研發(fā)了支持多層電路結構的門級到器件級映射算法，可直接對接項目組自研的高效單穩(wěn)態(tài)與雙穩(wěn)態(tài)仿真模型，實現(xiàn)從邏輯設計到物理驗證與能耗評估的閉環(huán)集成。

大量基準電路測試結果表明，iFCN相較傳統(tǒng)啟發(fā)式方法在運行時間上提升約30%，在版圖面積上優(yōu)化約；平臺可在1秒內(nèi)完成超過150節(jié)點的器件級布局，并具備在 5000+節(jié)點規(guī)模下高效處理交叉線的能力。評估還顯示，iFCN的整體性能已與目前國際最先進工具——慕尼黑工業(yè)大學提出的fiction相當且功能更為豐富。同時，在與24nm與12nm CMOS工藝設計的對比中，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，體現(xiàn)了分子級計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、測試數(shù)據(jù)與樣例電路，歡迎廣大研究者訪問使用，平臺主頁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