在Python中藏了32年，这个神奇的编程语言，竟然成了芯片设计的霸主!

如果你学过Python，可能会知道Tkinter。

Tkinter 是Python 内置的图形界面（GUI）开发库，能开发类似这样的应用：

由于界面丑陋，老派，很多Python开发者根本就不用它，而是转向了PyQT/PySide。

鲜为人知的是，Tkinter里的GUI组件并不是Python实现的，而是由底层的Tk库提供，Tk通过Tcl解释器暴露接口，Python的Tkinter只是对Tcl/Tk API的一层封装。

也就是说，在Python当中，其实悄悄藏着另外一门编程语言，你完全可以调用它。

 hello, world

Tcl 从 Python1.1(1994年）开始，就入驻了Python，一直藏到了今天。

不仅如此，大名鼎鼎的Redis，原型也是用Tcl写的，后来为了性能和部署需求，核心重新用C实现。

世界上最流行的数据库SQLite，最早的时候就是Tcl的一个C语言插件，后来发现很有用，才剥离出来。

每个 Git 安装包自带的 git gui 和 gitk 工具都是 Tcl/Tk 应用程序，它们看起来“老旧”，因为它们仍然使用经典的 Tk 控件，但它们几乎“坚不可摧”，可以在任何操作系统上运行，无需任何依赖项。

你可能觉得这也没啥，毕竟Tcl现在已经没有多少人在学了。

但是，我要告诉你，Tcl最厉害的地方在EDA领域，它是芯片设计行业的“标准脚本语言”。

像 Cadence、Synopsys、Mentor Graphics 这些垄断全球芯片设计的顶级 EDA 软件，以及 Xilinx 、Intel 的 FPGA 综合工具，其内部的控制台和自动化脚本语言几乎全是 Tcl。

在数字设计领域，几乎不可能绕过 Tcl。

01

破局

故事要从加州大学伯克利分校说起。

1980年代，VLSI（超大规模集成电路）刚开始发展，大学研究者已经开始写自己的芯片设计软件。

当时 Berkeley 有一个非常著名的 VLSI 研究组，由 John Ousterhout 领导。

他们开发了一些早期 IC 设计工具，如Magic、Crystal。

这些工具很复杂，但当时GUI很少，需要各个各样的命令来控制、使用。

比如：

• 放大某个区域

• 查询某个晶体管

• 批量修改版图

• 自动运行分析

于是 Jonh 他们给每个工具都设计了一套自己的命令语言，当时大伙儿的兴奋点都在“芯片设计”本身，没人想花精力去专门设计一门控制语言，于是就随手糊弄，结果这些命令行语言写得功能有限，语法奇怪、不能复用。

时间长了，John自己都觉得这事儿太尴尬、太丢人了……

1987年，John Ousterhout 在学术休假期间，产生了一个想法：做一个通用的嵌入式脚本语言！

通用底层：变量、控制流（if/while）、函数这些基础设施由它统一搞定；

业务扩展：具体的软件（比如 Magic）只需要把自己专属的命令当成扩展塞进去就行。

不久以后，Tcl（Tool Command Language）就诞生了。

你看，Tcl专门就是为EDA软件设计的。

02

出圈

像很多语言一样，Tcl刚开始没啥影响力，只在一个很小的圈子里使用。

不过，转折点很快来了，GUI（图形用户界面）兴起，直观而丰富的交互方式吸引了大量用户。

不过，开发GUI程序被称为“程序员的噩梦”：写一个包含两个按钮和文本框的极简窗口，用原生的 C 语言往往要写几百行极其繁琐的代码，开发效率极低。

John想到，GUI应用最关键的就是按钮、列表、标签等控件，如果我把他们都实现了，然后再Tcl中使用，那岂不暴打C语言？

说干就干，John写了一个叫Tk的库，让程序员可以用简单的命令去创建GUI控件：

bind .hello 1 > click

原本用 C 语言编写需要 3 天的GUI界面，用 Tcl/Tk 脚本只需要半小时、几十行代码就能拼装完成，程序员生产率暴涨。

90年代早期，Windows API，X Window，Macintosh Toolbox 三套GUI体系互不兼容，开发跨平台GUI非常痛苦。

Tk 则实现了跨平台，这使得写一套 Tcl/Tk 代码，就能在 UNIX、Windows 和 Mac 上跑出原生风格的 GUI，成为当时最早的跨平台 GUI 框架之一。

许多 Tcl 用户声称，他们使用 Tcl 的唯一原因就是因为有了 Tk。 Tcl 和 Tk 从此在名称上就被绑到了一起。

Tcl/Tk的使用量每年大约增长一个数量级，从 1989 年的几个用户增长到 1993 年的几万个用户。

Python 语言在寻找自带的图形库时，直接选中了 Tk。

Python 内置的 tkinter 模块本质上就是对 Tcl/Tk 的 C API 封装，至今仍是 Python 官方标准库的一部分。

button.pack()

与此同时，Tcl那优秀的嵌入式能力，慢慢地进入了EDA软件巨头的视野。

03

统治

芯片设计，本质上是一条超级复杂的流水线。

一个现代芯片的诞生，大致要经历：

• RTL设计：使用 Verilog/SystemVerilog 描述芯片功能；

• 逻辑综合：把代码转换成门级电路；

• 布局布线：决定数百万甚至上亿标准单元和连线的位置；

• 静态时序分析（STA）：分析芯片能否达到目标频率；

整个流程涉及几十种工具，每个步骤都有大量参数需要调整。

同时，芯片设计本身也是一个不断试错的过程：工程师需要反复测试不同约束、不同优化策略、不同工艺参数，寻找性能、功耗和面积之间的最佳平衡。

问题是，在早期 EDA 时代，各家工具厂商在自动化接口上各自发展，逐渐形成了一座“巴别塔”。

对于芯片公司的工程师来说，每增加一个工具，就意味着学习一套新的脚本体系；而想把多个厂商的工具串成完整设计流程，还需要编写大量定制化的胶水代码。

Tcl 的出现，恰好解决了这个问题。

它可以让 EDA 厂商可以非常轻松地把自己的复杂 C/C++ 工具能力封装成 Tcl 命令，而工程师又可以用 Tcl 的通用编程能力把这些命令组合成自动化流程。

Tcl 没有替代 EDA 工具，它成为了控制 EDA 工具的大脑。

90年代后期，Synopsys 开始将 Tcl 引入 Design Compiler、PrimeTime 等核心工具体系，逐渐用 Tcl 统一原有脚本接口。

与此同时，Synopsys 推出了 SDC（Synopsys Design Constraints）标准，用于描述芯片设计中的时钟、延迟和时序约束。

例如：

set_input_delay -max 0.5 -clock sys_clk [get_ports data_in*]

而SDC 就是一套建立在 Tcl 语法基础之上的 EDA 约束语言。

由于 Synopsys 在逻辑综合和静态时序分析领域长期占据领先地位，SDC 很快成为行业事实标准。

为了兼容主流设计流程，Cadence、Mentor、Ansys，以及 FPGA 厂商 Xilinx、Altera（Intel FPGA）等也纷纷支持 Tcl 和 SDC。

最终，在芯片设计这个价值数千亿美元的市场中，Tcl 成为了 EDA 工具链中事实上的标准自动化语言。

04

在通用的 Web、移动端和企业级后端开发中，Tcl 确实早已沦为极小众语言，但这并不影响它的历史地位。

Tcl是一个非常有特色的编程语言，在Tcl中，一切（代码、命令、参数、变量值）都是字符串，并且代码本身就是由字符串构成的列表（List），这让它成为元编程的利器。

我们用一段代码展示它的特点：

for $init $condition $step $hello_code

感兴趣的同学，可以评论区说一下这段代码的输出是什么。

1997年，John Ousterhout 因为对Tcl/Tk的贡献获得ACM 系统软件奖。

有意思的是，John后来又进入分布式系统领域，2014年，他和博士生 Diego Ongaro 提出了著名的Raft算法，解决了Paxos 晦涩难懂、极难工程落地的问题，嗯，能者果然是无所不能。