电子设计自动化（EDA）被行业内称为“芯片之母”，其在集成电路中具有极其重要的地位。场耦合纳米计算（FCN）具有高性能、低功耗、存算一体等特点，是后CMOS时代集成电路的重要候选方案之一。在器件实现方面，FCN具有量子元胞自动机（QCA）、纳米磁逻辑（NML）、 硅悬挂键（SiDB）等不同物理方案，这对相关电路EDA算法和软件的研发带来了极大的挑战性。2003年，加拿大卡尔加里大学ATIPS实验室发布了第一款针对QCA方案的仿真软件QCADesigner；2017年，意大利都灵理工学院Zamboni团队发布了第一款针对NML的EDA软件ToPolinano；2021年，我校解光军团队发布了设计工具Spars（IEEE TCAS II, DOI:10.1109/TCSII.2020.3039532），这是国内第一款针对FCN电路的全流程EDA软件。
近日，微电子学院集成电路设计研究中心解光军教授团队在Spars软件的基础上，提出了基于“组合优化+智能搜索”的两级优化布局布线框架，利用遗传算法和A*搜索算法完成了对任意时钟方案下FCN器件的门级布局布线工作（图1）。此外，还首次提出了基于FCN电路的设计规则检查（DRC）的概念，成功解决了从“门级”到“器件级”的映射难题（图2-3），并消除了布线过程中产生的交叉线。实验对比显示，该组合算法的布线成功率接近100%，且可适用电路规模更大。相较于国际上的同类算法Ropper（巴西维索萨联邦大学提出的通用布局布线框架）和Fiction（德国不莱梅大学提出的布局布线算法），在运行时间和布局面积上均有较大幅度的优化。在未来的工作中，团队将致力于算法并行化和电路模组化，这对于大规模FCN电路自动化设计具有重要的意义。
该工作以“Field-Coupled Nanocomputing Placement and Routing with Genetic and A* Algorithms”为题发表在国际电路与系统领域著名期刊IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers（DOI: 10.1109/TCSI.2022.3197450），合肥工业大学为该论文第一署名单位，作者包括硕士生李杨帅、博士生彭斐等。