少年心事当拿云

指导教师张萌(中)与团队成员张雨、李国庆、张经纬、曹新野合影

2022岁逢双甲子之际，东南大学电子学院SEUer团队（以下简称SEUer团队）在博士生导师张萌指导下，先后斩获电子设计自动化(EDA)领域和芯片架构领域顶级会议DAC会议所组织的SDC竞赛全球第一和ICCAD会议所组织的TinyML竞赛全球第二佳绩！在国际舞台再次彰显了我校“以科学名世，以人才报国”的办学理念。

一

2022年7月14日，EDA领域和芯片体系架构领域顶级会议-设计自动化大会（DesignAu鄄tomationConference,DAC）落下帷幕，东南大学SEUer团队在国际赛道奋勇争先，摘下大会SDC系统设计竞赛桂冠。

DAC自动设计大会是全球久负盛誉的产学研交流盛会，也是中国计算机学会推荐的A类会议之一。由DAC会议组织的SDC系统设计竞赛是目前神经网络加速器设计分支最高级别的竞赛，2022年共有来自全球40余个组织的73支队伍参加，获奖率仅为4%，获奖作品代表着EDA领域和芯片架构领域的最高水平。

在EDA领域和芯片体系架构领域，神经网络加速器设计已成为当下热门的研究方向，通过定制化的设计，神经网络加速器可以提供更高效、更快速、更节能的计算能力，从而加速深度学习计算的过程。自2019年成立伊始，SEUer团队的研究方向就主要集中在EDA领域和芯片架构领域的前沿技术，如异构计算、神经网络加速器设计等，做了大量的科研工作，在国际国内赛事中获奖6次，共发表包括DAC在内顶刊顶会10余篇。

为了探索新的设计思路，同时在竞赛中提升实力，团队成立次年即开始在DAC-SDC竞赛中小试牛刀。想方设法前置比赛开始时间，把3至6月共4个月的赛期延长，赛前三个月就开始做大量往届优秀作品的研究、学习和复现工作，同时明确了“小组分工配合+一周两次汇报”机制，团队成员明确分工，自行实验时做好实验日志，每周两次的讨论会则是高效的头脑风暴，汇集问题并尝试提出问题解决思路。在研究过程中，SEUer团队坚持不懈，不断探索新的设计思路和优化方法，分别在2020、2021年获得全球第六的成绩。

三年积淀，玉汝于成。通过不断参赛和持续研究，SEUer团队的实力得到了显著提升，最终成功打造了一款性能卓越的神经网络加速器。该加速器具有高度可配置性和灵活性，可以针对不同的硬件平台进行定制化的优化和加速，为神经网络应用的部署和迭代提供了更加便捷的解决方案。通过对神经网络计算过程中的瓶颈进行深入分析，SEUer团队优化了算法流程和硬件结构设计，实现了速度提升55倍，能耗比优化230倍的卓越成绩。

二

“来自中国南京的东南大学的顶级团队，通过优化可编程逻辑中的数据流提高数据计算复用率，最终在吞吐率方面逼近硬件的理论性能边界”。DAC竞赛组委会Shiyiyu教授曾如是评价SEUer团队。

DAC-SDC竞赛不仅考察参赛队伍的算法能力，还考察硬件设计及系统设计的能力。自2020年由FPGA、GPU双赛道改为FPGA单赛道至今，已走过3个年头，伴随着参赛队伍能力的不断积累提升，赛况也越发激烈。

相较于2021年赛题受限于SD卡传输速度，理论速度存在300fps的上限，2022年赛题中SD卡加载图片时间不再计入总时间，经过测量分析，当前硬件环境下理论最高速度应接近2500fps，速度指标的瓶颈提高了8倍，性能提升空间更大，对团队系统设计能力要求也更高。

SEUer团队以此为优化目标，从硬件性能和面积两个层次进行协同优化，最终刷新了该项赛事有史以来的能耗最低纪录———36焦耳，同时速度超过2000fps，接近2500fps的硬件理论性能上限。

2023年3月20日，经历了漫长的等待，DAC-SDC竞赛赛题较往年推迟2个月出炉，在数据集、评价指标、计算平台方面做了很大的改动，在感到“又是一个难啃的硬骨头”之余，SEUer团队很是兴奋，这是DAC组委会对他们的“最高评价”———由于去年的工作已做到极致，只能被迫换题。

三

“总觉得我们有跻身前三的实力，有太多想法没时间去做，感觉每次就差一点儿，草草毕业的话，太遗憾了”。2021年底，学院2021级博士生张经纬接过了2018级博士生李国庆手中的接力棒带队参赛，同年他申请了硕博连读，为冲击该项赛事的荣誉多争取了几年时间。

因该项赛事评选极其严格，需经过三轮的前期排名与角逐，每年仅有3支获奖队伍产生，且只在大会召开期间才公布最终的冠亚季军及其指标结果。连续两年第六让SEUer团队有了“我们还不错”的心理定位，但寂寂无名的焦灼也让大家更加渴望冠亚军的荣誉。

在有了技术实力的积淀和一定的参赛经验的基础上，第一个要解决的就是团队成员不稳定的问题。“铁打的团队、流水的成员”在这里绝非玩笑。团队成立之时，是一个博士生带六个硕士生，与其说是竞技，不如说是学习的性质更多。当大家的研究工作渐入佳境之时，成员也一茬茬地毕业了。除了主力成员硕博连读之外，团队开始把“以赛促学”做在日常、学在经常，辐射整个实验室，为本课题组各年级、各阶段的研究生因人而异定制了学习计划，除了张经纬、李国庆，团队里的硕士生曹新野、张雨也很快成长起来，独当一面。

2022年6月6日，作品提交截止仅剩12小时。团队成员正在聚精会神通宵达旦地做最后的系统集成，张经纬紧盯着封装模块和系统层集成，曹新野则专注于处理跨时钟域的时钟约束，两人需要合力将两个关键要素融合起来，引入跨时钟域到系统层面，将整个系统分成低频工作区域和高频工作区域，以确保两个工作区域之间互不干扰。每次融合都要进行40分钟以上的验证，等待验证结果的过程中，紧张的气氛弥漫在空气中，每个人都在热切期待着结果，虽是熬夜但无比兴奋。一旦获得验证结果，团队需要立即对系统进行下一轮优化，以确保最终参数能够得到最优化。

“成了！”凌晨3点多，东南大学ASIC中心四楼实验室传来一声惊呼，张经纬的电脑前显示出验证结果，跨时钟域取得突破性进展，他慌忙叫来邻座的曹新野一起研究，“方向是对的！继续优化，我们还有时间！”此时大家睡意全无了，都以极其兴奋的干劲投入一轮轮新的优化之中。早上8点，系统集成完成，大家郑重进行了作品提交，此时早已“心中有数”，效果比去年取得很大突破了，但DAC－SDC竞赛素来都是“神仙打架”，不到最后“开奖”，大家谁也不敢妄下定论。

“印象挺深的是当天四楼还有一组参赛队伍，他们也很拼，也是通宵在做最后的冲刺，这样的竞技氛围很好，提交完作品大家都有一种自我价值实现的成就感”。天道酬勤、力耕不欺，最终东南大学2022年在该项赛事中斩获冠、亚军和第六名的佳绩。

少年心事当拿云！这支年均25岁的队伍并没有故步自封，DAC－SDC竞赛获奖后以一种更踏实更专注的干劲投入新的科研中去，在得知ICCAD会议2022年新设了TinyML（TinyMachineLearning）赛道后，SEUdr团队再次整装出战，对部署在低功耗处理器上的TinyML算法做了深度优化和系统协同设计，在精度、召回率、推理延迟和存储占用等方面综合指标优异，最终力敌麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学、佐治亚理工学院等世界人工智能算法与电路架构领域顶尖研究团队，荣获全球第二的好成绩。在国际赛道中再次展示中国力量、东大青年的智慧！