微观尺度间雕刻未来
中大开发新一代集成电路设计软件 推进晶片发展
2026年2月11日
《走进中大》走访中大四个获选香港研究及资助局（研资局）2025至26年度「卓越学科领域计划」及「主题研究计划」的研究项目，此为报道系列之三。
电脑科技及人工智能发展迅速，电子产品愈益精细高效，背后运算由无数晶片撑起，靠的是工程师日复日挑战在指甲大小的晶片上，让以十亿计的元件各安其位，成就电子产品中敏捷的「大脑」。中大计算机科学与工程学系系主任杨凤如教授正联同跨校团队研发新一代设计晶片的工具，攻克这「晶片拼图」难题，长远提升香港在集成电路创新科技的全球竞争力。
现时世界上大部分集成电路设计公司都采用两所海外公司的软件，在香港，杨教授团队获研究资助局主题研究计划拨款6,858.5万港元，研发新一代电子设计自动化（Electronic Design Automation，简称EDA）软件，有望较市面产品更有效设计极其复杂的晶片的集成电路，并大幅压缩运算时间。杨教授希望研究计划能缔造环球市场新局面：「我们预期于五年内完成目标并将部分技术推出市场，并逐步推广至世界各地。」长远助力香港建设集成电路创新科技枢纽。
这项国际研究由中大领导，联同香港浸会大学、香港大学、香港科技大学、美国威斯康辛大学、德国慕尼黑工业大学与台湾科技公司的团队共同合作。
见证30年急遽演进
杨教授于中大取得本科与硕士学位后，赴美国德州大学奥斯汀分校攻读博士，自九十年代起研究EDA，现为工程学国际权威组织电机及电子工程师学会院士。杨教授向《走进中大》分享在这微观尺度间的机械工程发展。
杨教授说：「我们每个人每天都带着超大规模集成电路（VLSI，Very Large-Scale Integration）——你电脑和手机内那颗黑色晶片正是VLSI，设备速度愈来愈快、体积愈来愈小，正因这项技术不断进步。」VLSI就是将千千万万的晶体管、互连线和其他电子元件组合到单一晶片上的电路，成就电脑和手机的「大脑」。
九十年代杨教授初入行时，集成电路内的制程尺寸为250纳米（一纳米为0.0000001厘米），现已大幅缩小到三纳米，同时里面盛载的元件数量由百万计暴增至十亿计。杨教授解释：「一块2×2厘米晶片的元件数量早已超过一国人口，要在极小空间同时追求速度与精准度，没有好工具，根本不可能。」于是，超大规模集成电路的设计已由人脑交棒给电脑，从设计元件布局、供电与讯号走线，到模拟、分析与验证设计，各环节皆须运用EDA软件设计。
「万人工厂」需指挥得宜
超大规模集成电路正急遽演进应付各类庞大的运算需求，但大部分传统设计工具都运行在中央处理器（CPU）上，在速度与容量上难承担愈来愈复杂的集成电路设计。杨教授遂提出以图形处理器（GPU）为核心的新一代EDA：「GPU有许多并行也更专门的核心，能更好应付繁重的计算。」
团队目标将设计运算时间大幅压缩至二十分之一至五十分之一——他们绝不轻视这项革新的难度，杨教授说：「现时等待设计一个中型集成电路的运算结果以日计算，希望日后在数小时甚至数分钟内完成，但GPU像一座万人工厂，若指挥不宜，反会拖慢进度。」
除此以外，团队将建构大型电路模型（Large Circuit Model，LCM）——为超大规模集成电路设计而生的AI模型，让晶片设计师日后输入功能与结构描述后，模型就可预估其最终表现，再作修正。
3D异构晶片 让电子产物更高效
晶片正由平面迈向立体，设计工具亦须革新。目前，既有的EDA工具对三维布局力有不逮，既慢且难达最佳设计。此外，最新的晶片要求做到异构整合，即是把不同功能、制程乃至材料的元件封装于同一系统，达至远超单一晶片的效能，现时市面上的EDA均难以全自动处理这般复杂的设计。
团队目标藉以上述GPU加速、LCM及AI技术开发的新一代EDA，能让数十亿元件于三维空间达到最佳配置，并协同多类元件于同一系统运作，回应业界对发展现代大规模异构集成晶片的迫切需求。新一代EDA亦将能在设计前期精准模拟制成后的通讯、电流、功耗等情况，以提早发现问题并藉AI优化，产出更佳的物理设计，最终让消费者享有更快、更高效能且更小型的电子产物。
贡献香港发展为新EDA枢纽
杨教授指，中大长期引领EDA领域研究，目前已汇聚AI、GPU与异构整合的专家，团队将透过研资局拨款延揽更多EDA精英和添置高效能硬体。她希望学系能汇聚更多人才，在中大这平台加强与国际团队的交流，并研究在中大成立EDA研究中心，把握EDA发展的黄金机遇，强化香港在全球晶片供应的角色和竞争力，长远助力香港建设「集成电路创新科技枢纽」。
文／朱韵斐
摄／邱鸿基
