《电赛2036》林深沐泽

5、黑盒子 为了把功耗

　　第二次模拟流片定在一周后。

　　这一周金复来几乎没有碰别的东西。他把时钟树的约束文件改了三版，每一版都跑一遍综合，看功耗数字怎么变。第一版降到了六十一毫瓦，第二版五十八，第三版停在了五十五。离五十还差五个毫瓦。

　　"五个毫瓦。"葛家瑾看着数字说，"听起来不多。"

　　"在180纳米下，五个毫瓦够一个子模块跑满速了。"金复来说。

　　"那怎么压？"

　　金复来没回答。他打开功耗报告，一页一页往下翻，翻到一半的时候停住了。屏幕上是一张功耗分布表，时钟树占了百分之四十二，组合逻辑百分之三十一，剩下的才是寄存器和其他。

　　"时钟树已经压不下去了，"他说，"再压时序就过不了。"

　　"那只能从组合逻辑动手？"

　　"对。"金复来把报告翻到组合逻辑那一页，"这里有些路径的余量太大了，等于白跑了一部分电路。"

　　他说的吴越听懂了。他在笔记上写了一行："组合逻辑冗余路径——可精简。"

　　"要改RTL吗？"葛家瑾问。

　　"要。但不大的改动，把几个并行计算合并成流水线，中间少一级寄存器。"

　　"多少时间？"

　　"今晚就能改完。明天跑仿真，后天提交。"

　　时间表定下来的时候是周二下午。金复来当晚改完代码，第二天跑仿真，波形正常，功耗数字在仿真阶段看不出来，要等综合之后才出结果。周四上午他跑了综合，数字跳出来——五十二毫瓦。

　　"还是差两毫瓦。"他说。

　　葛家瑾看着屏幕："两毫瓦，差一点。"

　　"不是一点。"金复来说，"两毫瓦在50mW的指标下是百分之四。评委不会因为你'差不多'就给过。"

　　他关掉功耗报告，打开了一个他上周就注意到但一直没动的文件。那是工艺库里的一个参数表，标着各种标准单元在不同负载下的功耗数据。他翻了几页，停在一行数字前面，看了几分钟。

　　"这个单元，"他指着屏幕，"驱动强度比我们用的那个高一级，但功耗只多百分之五。如果把它换上去，综合工具可能会自动降低扇出，反而把总功耗压下来。"

　　吴越凑过来看："你什么时候开始看工艺库的？"

　　"上周。"

　　"你上周不是在看时钟树的约束吗？"

　　金复来没回答。他只是把那个参数表关掉，打开综合工具的配置文件，开始替换标准单元的型号。他用的方法很简单——把综合工具默认的"面积优先"策略改成"功耗优先"，然后手动指定了几种关键路径上的单元类型，让工具不要去选那些驱动强度不够的。

　　"这是绕过工具的自动优化。"葛家瑾看着他的操作说。

　　"嗯。"

　　"你怎么想到的？"

　　金复来停了一下。他打开手机，翻到一个截图的文件夹，点开了一张图片。那是沈亚凡一篇博客的结尾部分，屏幕上只有几行字：

　　"十几年前我在调基带芯片，每个寄存器都是黑盒子。如果永远只看别人给你的手册，你就永远不知道手册里没写什么。"

　　"工具给的方案是黑盒子。"金复来说，"我们不知道它为什么选这个单元不选那个。那就自己选。"

　　葛家瑾和吴越都安静了。他们看着金复来的屏幕，看他一行一行地修改配置文件，把工具默认的自动优化一项一项地手动覆盖掉。

　　那天下午金复来重跑了综合。功耗数字从五十二掉到了四十九点八。

　　"过了。"吴越说。

　　"过了。"金复来重复了一遍。

　　葛家瑾把测试板上的飞线重新加固焊了一遍，确保这一版没有任何外部干扰。"周五提交，周六早上收货。"

　　周五下午三点，金复来把GDSII文件上传了佳立创·硅工坊。订单状态一路跑完："文件确认中"→"直写中"→"测试中"→"封装中"。晚上八点，系统提示："已完成，等待配送。将于次日8:00起按序派送。"

　　那天晚上三个人都回了宿舍。没有人在实验室过夜。马上就是电赛了，是该在正常的关灯时间躺回自己的床上好好休息了。

　　第二天早上七点四十五分，金复来收到吴越的群消息："我到实验室了。"

　　七点五十分，葛家瑾推开门走进来。他手里拎着早餐——热干面、面窝、豆浆。吴越已经把测试台清出来了，示波器预热完毕，电源线全部接好。

　　八点零三分，无人机的声音从窗外传进来。

　　葛家瑾走到窗边，推开窗户，取下密封舱，撕开袋子，用镊子取出芯片放进测试座。

　　"上电。"他说。

　　吴越打开电源。示波器亮起来，波形跳起，稳定，持续。功耗读数跳出来——四十九点八毫瓦。

　　三个人看了一会儿。波形在跳，功耗数字没变，芯片在正常运转。

　　"仿真这么准？"吴越说。

　　"把它跑完。"金复来说。

　　吴越开始跑测试序列。波形按照预定的顺序翻转、停顿、再翻转，像是读一本编好页码的书，一页一页翻过去。最后一项测试结束， "PASS"。

　　葛家瑾靠在椅背上，呼出一口气。"通过了。"

　　"通过。"吴越在笔记本上写下："第二次模拟流片：功耗49.8mW，功能测试全部通过。"

　　金复来看着屏幕，Crtl+S保存。他关掉测试软件，把示波器的探头拔下来，放回架子上。动作很稳，和平时一样。

　　"还有一周。"他说。

　　"还有一周。"葛家瑾重复。

　　吴越把笔记本翻到下一页，新开了一页标题："第三周——赛前冲刺。"

　　三个人坐在247室里，窗外是武汉七月初的早晨。太阳从梧桐叶之间穿过来，在桌上投下一块块晃动的光斑。空气中还残留着早餐的热干面芝麻酱的味道。

　　金复来打开手机，翻了翻那个叫"沈叔叔"的文件夹。里面只有一张截图。沈亚凡那篇博客的最后一段话，他看着看着，忽然想起另一件事。

　　《半导体的故事》里面有一页折了角，父亲在那一页用铅笔画了一条线。

　　他记不清那一条线画在哪里了。但他记得父亲画线的时候一定在想什么，像他刚才自己在工艺库的参数表前面坐了很久一样。

　　他把手机锁屏，放回桌上。

　　"我看了去年国赛IC组的报告，"金复来说，"没有人做时钟树的手动约束。都是工具默认的自动优化。"

　　他说这话的时候，吴越正好翻到笔记本的某一页，上面记着去年国赛的赛道信息。IC设计组是去年才新增的——2035年，全国大学生电子设计竞赛第一次把芯片设计列为独立赛道。在那之前，电赛的题目再多，也没有让学生真正设计一颗芯片。

　　为什么要新增？原因说来也简单。芯片行业缺人。高校的课程教的是原理，产业界要的是能上手干活的人。中间隔了一道叫“流片”的墙——太贵，太慢，本科生根本碰不到。佳立创把墙推倒之后，电赛组委会顺势开了这个赛道，让大三学生有机会在比赛里跑完一次完整的芯片设计流程。

　　“去年没人做，”金复来说，“不代表今年没人做。但如果我们做了，至少是第一个。”葛家瑾看着他："所以？"

　　"所以我们可以做。"他说，"如果我们按这个思路做到底，把手动约束的流程走完，肯定得奖。"

　　葛家瑾：“你这么肯定。”金复来说：“其他赛道都是按比例给奖，前百分之十是一等，前百分之二十是二等。如果选的题人少了，比如全省就十几个队伍的话，那就得和武大、华科的大神竞争呀，但是IC赛道不是。”

　　他停了一下，把手机屏幕转过来，上面是电赛官网的赛道说明页面。2036年的电赛，各省试点改革成了四个赛道：控制赛道、电源赛道、信号赛道、IC设计赛道。前三个和往年一样，按参赛队伍比例划定获奖名额。IC设计题单独列了一条规则：“获奖指标会定量给出，完成全部赛题指标即授予省级一等奖，可继续竞争特等奖。”

　　“完成指标就有一等？”吴越凑过来看。

　　“对。”金复来说，“因为去年第一年办，报名的队少，完赛的更少。组委会想鼓励更多人选这个赛道。”

　　葛家瑾明白了：“所以只要跑通，奖就已经到手了？”

　　“差不多。区别是能不能竞争特等奖——特等奖要在完成指标的基础上，看功耗、面积、性能的综合排名。”

　　“那我们的策略很清楚，”葛家瑾说，“先跑通，再优化。”

　　吴越在笔记本上写下一行：“赛道选择逻辑：IC设计组——完成指标即省一，差异化竞争特等奖。”

　　“选IC赛道，不只是因为拿奖容易吧？”吴越问。

　　金复来沉默了一会儿。然后他说：“我小时候听我爸讲过一件事。”

　　“什么？”

　　“2003年，有人用砂纸打磨掉进口芯片上的Logo，冒充国产。骗了几个亿。”

　　葛家瑾的笔停了。

　　“汉芯？”吴越说。

　　“嗯。汉芯一号。”

　　“你爸是做什么的？”葛家瑾问。

　　“南昌大学，芯片测试工程师。”

　　“那他讲这个的时候怎么说？”

　　金复来想了一下：“他说，做芯片可以慢，但不能假。”

　　三个人沉默了几秒。窗外有蝉在叫，武汉七月的早晨，声音从梧桐叶之间穿进来。

　　吴越抬起头：“你选IC赛道，是有这个原因吧？”

　　金复来没有直接回答。他打开了代码编辑器，光标在第一行闪动。

　　“写代码。”他说。

　　他去年大二，电子设计2还没上，Verilog连“always@”和“initial”的区别都没分清，没敢报IC赛道。今年不一样了，他学过电子设计1、2、3，跑过完整的数字IC流程，做过模拟流片，知道怎么把时钟树约束写到工具自动优化做不到的程度。

　　“去年没人做手动约束，”他说，“不代表今年没人做。但如果我们做了，至少是第一个。”

　　吴越在笔记本上记了一笔："差异化策略：手动时钟树约束，绕过工具自动优化。"

　　葛家瑾坐在椅子上转了小半圈，看着天花板想了一会儿，然后转回来："你确定没人做过？"

　　"报告里没有。但也许有人做了没写进报告。"

　　"做了为啥不写呢？报告把设计思路写的清晰也加分呀。"吴越说。

　　三个人沉默了几秒。窗外有一架无人机飞过，很低，引擎的声音从9号楼的上方掠过，像一声没有拍到的掌声。

　　"那就按这个思路走。"葛家瑾说，"把我们的方案优化到极限。做别人没写进报告的事。"

　　金复来没有回答。他把手机锁屏，放回桌上，重新打开综合工具。

　　窗台上那块停机坪在阳光下泛着金属的光泽。

　　武汉的夏天深了。