隨著我國(guó)在5G技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)先地位的確立，5G賦能傳統(tǒng)和新興產(chǎn)業(yè)、點(diǎn)亮未來(lái)生活的步伐越走越快，引起了美國(guó)政府的擔(dān)心和疑慮，開(kāi)始對(duì)我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè)實(shí)施技術(shù)斷供，以確保美國(guó)在高科技領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)鏈前端控制力的絕對(duì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這顯然違背了全球經(jīng)濟(jì)合作共贏共同發(fā)展的客觀宗旨，使我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域企業(yè)處境艱難。

面對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)斷供，我國(guó)自主創(chuàng)新高科技企業(yè)必須勇敢應(yīng)對(duì)前所未有的挑戰(zhàn)，秉承“底線思維”，一方面廣泛聯(lián)合國(guó)內(nèi)企業(yè)界和學(xué)術(shù)界精英，加大自主創(chuàng)新和研發(fā)力度，另一方面堅(jiān)持“對(duì)外開(kāi)放”，聯(lián)合歐日韓等其他發(fā)達(dá)國(guó)家，盡最大努力完善技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈，在競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)。

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronics Design Automation，EDA）是處于集成電路產(chǎn)業(yè)鏈最上游的高端產(chǎn)業(yè)。EDA設(shè)計(jì)軟件涵蓋了集成電路芯片的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)（包括布局、布線、版圖、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查等）直至封裝測(cè)試等所有流程，是集成電路設(shè)計(jì)必需且最重要的軟件工具，被稱(chēng)為“芯片之母”，它包括電路設(shè)計(jì)與仿真、印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）設(shè)計(jì)、集成電路（Integrated Circuit，IC）設(shè)計(jì)、IP核（Intellectual Property core）設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件（Program Logic Device，PLD）設(shè)計(jì)等工具，而PCB是承載電子元器件并連接電路的橋梁，被稱(chēng)為“電子產(chǎn)品之母”，廣泛應(yīng)用于通訊、消費(fèi)電子、汽車(chē)電子、工業(yè)控制、醫(yī)療器械、國(guó)防及航空航天等領(lǐng)域，是現(xiàn)代電子信息產(chǎn)品中不可或缺的電子元器件。在當(dāng)前形勢(shì)下，我國(guó)要如何在自主PCB設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)、抓住機(jī)遇，制定科學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃并分步實(shí)施，是打破美國(guó)在集成電路領(lǐng)域“卡脖子”企圖的關(guān)鍵所在。

目前我國(guó)工業(yè)界的PCB設(shè)計(jì)軟件還處于萌芽階段，貫穿于PCB自動(dòng)化設(shè)計(jì)所有環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)攻堅(jiān)不能一蹴而就，而是要結(jié)合本國(guó)實(shí)情和產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展特點(diǎn)，夯實(shí)基礎(chǔ)研究、緊跟業(yè)界需求、循序漸進(jìn)，逐步將PCB設(shè)計(jì)流程中的人為要素替換成以智能算法為核心的自動(dòng)化要素，將自動(dòng)化、信息化和智能化貫穿于PCB設(shè)計(jì)流程的每一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)PCB全方位全覆蓋的設(shè)計(jì)自動(dòng)化。

近年來(lái)，知識(shí)圖譜（KG）與圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）技術(shù)的相互融合已經(jīng)成為人工智能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)利用深度學(xué)習(xí)架構(gòu)對(duì)圖信息中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息和屬性特征信息進(jìn)行整合，可以實(shí)現(xiàn)關(guān)系抽取和實(shí)體消歧，提升神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理和演繹能力，而在PCB未來(lái)布局的規(guī)劃中，如果將上游的邏輯與電路設(shè)計(jì)原理圖轉(zhuǎn)化為具有拓?fù)潢P(guān)系的知識(shí)圖譜，再利用圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行知識(shí)推理，自動(dòng)識(shí)別PCB版圖的設(shè)計(jì)意圖，這將對(duì)PCB的頂層設(shè)計(jì)和決策具有重要的推動(dòng)作用。PCB設(shè)計(jì)自動(dòng)化的技術(shù)路線劃分為以下5個(gè)級(jí)別。

級(jí)別 1：具備相關(guān)獨(dú)立功能點(diǎn)的自動(dòng)化操作能力。在PCB的物理設(shè)計(jì)階段，所有關(guān)鍵環(huán)節(jié)都依賴人工給定，包括人工建立網(wǎng)表信息，人工制定PCB的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，人工進(jìn)行器件的劃分和布局，人工進(jìn)行信號(hào)的完整性設(shè)計(jì)、電源完整性設(shè)計(jì)，人工進(jìn)行PCB版圖設(shè)計(jì)。后續(xù)的工藝約束、參數(shù)提取以及鏈路仿真也都依賴人工。

級(jí)別 2：具備在強(qiáng)人工指導(dǎo)下的初步自動(dòng)布局布線能力。在該級(jí)別，計(jì)算機(jī)具備一定的原理綜合能力，能識(shí)別原理圖邏輯關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，而不僅僅依賴人工給定的網(wǎng)表信息。PCB自動(dòng)化設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)在電路模塊內(nèi)，滿足數(shù)字電路規(guī)則約束條件下，具備在強(qiáng)人工指導(dǎo)下的初步自動(dòng)布局布線能力。這里的強(qiáng)人工指導(dǎo)是指人工劃分模塊、指定區(qū)域、設(shè)定層數(shù)、指定優(yōu)先級(jí)。而PCB物理設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的主要特征表現(xiàn)為人機(jī)交互和強(qiáng)依賴人為干預(yù)。后續(xù)的工藝約束、參數(shù)提取以及鏈路仿真還是依賴人工。與級(jí)別1相比，細(xì)分場(chǎng)景增加了對(duì)原理圖的解析，通過(guò)非人工方式對(duì)人工網(wǎng)表信息提供重要補(bǔ)充，同時(shí)不再是簡(jiǎn)單約束下的場(chǎng)景細(xì)分，而是滿足電氣約束、高密約束等較為復(fù)雜約束的布局策略。

級(jí)別3：具備在弱人工指導(dǎo)下的自動(dòng)布局布線能力。該級(jí)別在原理綜合能力方面有所提升，試圖理解原理圖設(shè)計(jì)意圖和約束，最終取消網(wǎng)表。PCB自動(dòng)化設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)在電路模塊內(nèi)，滿足數(shù)字模擬混合電路規(guī)則約束條件下，具備在弱人工指導(dǎo)下的自動(dòng)布局布線能力。PCB物理設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的主要特征表現(xiàn)為極限條件下人為參與，全方位的自動(dòng)化設(shè)計(jì)開(kāi)始占據(jù)主流。在場(chǎng)景細(xì)分中，線網(wǎng)的自動(dòng)分組和優(yōu)先級(jí)劃分已經(jīng)代替了人工指定，布局布線從各自的局部?jī)?yōu)化向協(xié)同優(yōu)化轉(zhuǎn)變。后續(xù)的參數(shù)提取由人為轉(zhuǎn)為自動(dòng)，并開(kāi)始建立設(shè)計(jì)調(diào)整和鏈路仿真的通路，為級(jí)別4的參數(shù)提取和設(shè)計(jì)一體化打下基礎(chǔ)。

級(jí)別4：具備自動(dòng)設(shè)計(jì)能力。該級(jí)別在原理綜合能力方面得到實(shí)質(zhì)性的飛越，將原理圖意圖自動(dòng)轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)策略。PCB自動(dòng)化設(shè)計(jì)的能力范圍也從模塊內(nèi)布局布線的一體化拓展到整個(gè)板級(jí)系統(tǒng)，具備更加全方位全范圍的自動(dòng)設(shè)計(jì)能力。全方位是指包括意圖理解、布局、布線和仿真修正，最后經(jīng)人工檢測(cè)可投板；全范圍是指從模塊到板級(jí)的飛越，以及對(duì)不同工廠工藝約束自動(dòng)檢測(cè)。PCB物理設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的主要特征表現(xiàn)為PCB設(shè)計(jì)過(guò)程的無(wú)人化。在設(shè)計(jì)與仿真環(huán)節(jié)協(xié)同方面，表現(xiàn)為布局布線能依據(jù)仿真驗(yàn)證自動(dòng)調(diào)整；參數(shù)提取和設(shè)計(jì)一體化；鏈路仿真和設(shè)計(jì)一體化。

級(jí)別5：具備實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖到PCB版圖設(shè)計(jì)。該級(jí)別在原理綜合能力方面依然是將原理圖意圖自動(dòng)轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)策略。與級(jí)別4相比，其能力范圍從板級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自動(dòng)化拓展到PCB版圖的設(shè)計(jì)智能化，具備實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖到PCB版圖設(shè)計(jì)，PCB綜合設(shè)計(jì)、仿真、工藝約束全流程自動(dòng)化能力。在智能化方面突出表現(xiàn)為智能學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)意圖和PCB設(shè)計(jì)規(guī)則，從對(duì)工廠工藝約束的自動(dòng)檢測(cè)上升為主動(dòng)對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)則庫(kù)的智能完善。