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云端EDA已经就位,我们用还是不用?

2020-05-08 赵娟 阅读:
IC设计每向下走一代节点,所需计算资源就激增一次;新科技的体验每多一次,人类对于设计周期的耐心就少一些。这个现实催生了云端EDA。EDA供应商如果要让云端方案取得成功,需要展现在运算能力、安全、内存、网络与储存方面的性能表现。Fabless公司要进入云计算,应该借云寻找更多新的可能性来获得竞争优势,而不是仅仅使用云作为低成本的基础设施来实现自己的设计。

IC设计每向下走一代节点,所需计算资源就激增一次;新科技的体验每多一次,人类对于设计周期的耐心就少一些。ahlednc

这是就是赤裸裸的行业现实,这个现实催生了云端EDA。ahlednc

哪些类型的EDA软件更适合“云”端?ahlednc

“目前来看,对计算量需求很高的工具比较适合上云,例如,软/硬件仿真,sign-off验证这些工具,这样可以在业务高峰的时候按照实际需求增加计算资源,加快运行速度和产品上市时间。”Mentor,a Siemens Business全球副总裁兼中国区总经理凌琳指出。ahlednc

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图1:Mentor,a Siemens Business全球副总裁兼中国区总经理凌琳指出对计算量需求很高的工具比较适合上云。ahlednc

Mentor的Calibre物理验证系列,Veloce Strato硬件加速仿真平台,Analog FastSPICE平台都能够提供基于云的服务。ahlednc

在EDA厂商上云的动作中,Cadence算是最激进的一家。“目前,Cadence提供的所有EDA工具都已经过测试全面支持云平台,设计者可以按自己的需求灵活选择工具的部署方式。”Cadence公司云事业部商务拓展副总裁Craig Johnson指出。ahlednc

“我们发现很多客户倾向于在云端处理计算密集型的任务。”Johnson表示。Cadence此类型的工具包括用于逻辑仿真的Xcelium,用于电路仿真的Spectre,用于库例化的Liberate,以及各类签核工具,包括时序分析工具Tempus,寄生参数提取工具Quantus,功耗分析工具Voltus,以及物理验证工具Pegasus等,都支持大规模密集型计算运行。ahlednc

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图2:Cadence公司云事业部商务拓展副总裁Craig Johnson发现很多客户倾向于在云端处理计算密集型的任务。ahlednc

在Cadence所有支持云平台的工具中,硬件云服务Palladium Cloud已被很多用户选择。Palladium是款硬件仿真加速器,可以加速IC和系统验证的仿真。对于一些对验证性能有提升需求且机房建设、投入有限的用户而言,该方案是理想选择。Palladium系统采用传统的物理服务器机柜形式,装载了面向仿真任务定制的母板和芯片。ahlednc

本土厂商也对云端EDA持积极态度。前期,华大九天选择性安排了需求较大的EDA工具上云,随着使用效果的成熟稳定,华大九天将部署更多EDA工具资源到云端。“我们将计划把自己的高速高精度True-SPICE电路仿真解决方案Empyrean ALPS布局上云。”华大九天市场副总经理郭继旺指出,“针对性能需求更高的客户,还将进一步提供模拟异构电路仿真系统Empyrean ALPS-GT,从而全面提升仿真效率。”ahlednc

云端EDA的尝鲜者

IC设计公司一般都不愿意透露自己的设计细节,《电子技术设计》在此次专题中也联系了几家IC设计公司,但没有人愿意分享自己使用云端EDA的经验,我们只能从公开发布的新闻中寻找这些已经尝鲜过云端EDA的公司,看看他们的反馈。ahlednc

Ampere Computing使用了Cadence的Palladium Cloud提高验证吞吐量,公开资料有些具体细节:ahlednc

    a. 产能与设计尺寸比随使用时间增加逐渐提高。云平台具有足够的灵活性,可以实现按实际用量付费。ahlednc

    b. Ampere做了完整的总体拥有成本TCO分析,并与系统成本做了比较。结论是:Palladium Cloud可以实现大幅的成本节约。ahlednc

    c. Ampere非常看重弹性产能,可用产能必须随着设计需求的高低随时调整。ahlednc

去年6月,Microsoft Azure和Mentor及台积电在10小时内验证了AMD EPYC上的大尺寸Radeon Instinct Vega20集成电路设计,这是产业多方共同成就“云中EDA”的一个典型案例。AMD这款芯片设计中有132亿颗晶体管,数量是惊人的,通过在Microsoft Azure云平台上运行台积电认证的7nm Mentor Calibre设计套件,AMD在19个小时内完成了两次验证,大幅缩短了物理验证的总周转时间。ahlednc

此外,AMD还将Calibre nmDRC扩展到69个HB虚拟机上的4140个内核,使工程师能够平衡紧迫的时间与苛刻的成本。ahlednc

据Johnson透露,Cadence已经为超过100家客户提供了基于不同模式的云环境搭建、部署服务及支持:全托管业务模式目前与AWS和Azure云平台合作;客户自行管理环境的业务模式支持AWS、Azure和Google云平台。ahlednc

台积电的开放式创新平台(OIP)云联盟将EDA公司和云服务供应商紧密联系在一起,共同挖掘基于云计算的解决方案,释放EDA的“云价值”,助力用户拥有更多选择,实现简便、快速、可扩展且安全的EDA能力。ahlednc

云EDA工具,划算吗?

在云EDA工具当中,PCB云设计工具走在了前面,取得了一定的普及度,相比之下目前的IC设计上云发展似乎慢了一些。ahlednc

“基于云的芯片设计已经发展了一段时间,但是较于其他行业来说进展还是相对缓慢的。”凌琳指出,“一方面是由于一些公司对于云的安全性还是存疑,将其专有IP放到云中会感到担忧;另一方面,目前私有服务器中心对于大多数设计来说其实已经足够用了。”ahlednc

但是随着设计规模日益增大,系统日益复杂,一些小公司也会对大型服务器中心产生兴趣,基于云的设计需求必然会呈现上升趋势,凌琳补充道。ahlednc

在上云的过程中,成本的考量是所有人关注的问题。ahlednc

“很多设计人员都希望能通过上云降低EDA软件的成本。但目前EDA云服务的成本还没有明显优势,在云需求不断增加与应用持续落地的催化下,云端EDA软件的价格与非云端的软件终将趋于相同,而设计人员则不用再自行购买伺服器,因此可以省下一笔基础设施成本。”凌琳指出,“在on-demand service的模式被行业大范围认可和使用后,pay per use这样的付费方式就会随着可行性方案的逐渐夯实而成为可能。”ahlednc

对于规模较小的IC设计公司来说,它们觉得按需增加资源的商务模式相当有吸引力。初期,尤其是对中小型IC设计公司来说,上云最本质需求就是要节省成本,所以大家首先比较的就是云服务和自己搭建服务器之间的成本差距。毕竟,这些公司有时候一年使用工具的时间只是一两周,因此只购买所需资源,对不需要的资源则分毫不付无疑是个好主意。ahlednc

中国IC设计产业一个鲜明的特色就是中小型公司多,尤其是这几年,中国半导体行业协会统计的中小IC公司的增速越来越快。如何更加便捷地获得高性能的专业解决方案,实现资源优化,降低EDA采购成本,以及获得更为灵活的授权方案和技术支持形式是这些企业最为关心的。ahlednc

郭继旺指出:“上云不仅仅解决中小客户的EDA成本问题,还有一个原因是能够根据客户的业务需求更灵活地配备算力,更好解决客户的算力需求,比如在一段时间内根据其算力峰值按需使用。”ahlednc

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图3:华大九天市场副总经理郭继旺指出,上云不仅能解决中小客户的EDA成本问题,还能根据客户的业务需求更灵活地配备算力,更好地解决客户的算力需求。ahlednc

凌琳同样认为基于云的设计环境不仅仅要解决成本问题。ahlednc

举个例子,滴滴的出现改变了汽车的拥有模式,新模式释放了预算,使新的选择成为可能。“EDA计算需要不同配置的机器,有些任务可以分发到小型服务器,而有些可能仅仅是设计过程中的某一部分需要更大型的服务器来处理。”凌琳指出,通过在正确的时间访问正确的机器,公司可以重新设计流程来缩短关键路径。ahlednc

关于云服务有一个非常形象的比喻:花同样的钱,你可以让100台机器跑1个小时,也可以让1台机器跑100个小时。芯片设计行业,大量的时间是花在仿真验证上的,而这些仿真验证又很容易并行执行。对于这种偶发性需求,一般的芯片设计公司都不愿意多花钱买机器来满足短暂的峰值需求。但对云来说,这都不算事。ahlednc

现有云服务提供商都提供了灵活的计费模式,比如算力的租赁和云上license的租赁,郭继旺表示华大九天也将遵从相关业界标准,定制出更符合用户需求的综合性商业模式。ahlednc

在探索商业模式的过程中,Cadence的经验或许值得参考。例如,在其多种不同类型的合作模式中,使用Cloud-Hosted Design Solution全托管服务的客户只需要一次性支付一笔费用,即可使用全部工具,同时获得云服务相关支持。这一模式可以帮助客户管理并计划预算支出,确保项目符合预算。另外,针对特定的设计项目,也可以为客户提供短期的工具授权。对于部分倾向于自行建设和管理其云架构的使用者,Cadence还有一种提供Cloud Passport的业务模式。ahlednc

用户最重要的需求,是可以高效完成设计任务的软件和基础设施。Johnson指出,大多数设计步骤都需要执行多次任务迭代,通常要持续数周。通过与客户不断保持沟通,保持成本效率的前提下缩短设计周期,按照客户需求及时调整业务模式是EDA供应商该做的事情。ahlednc

异地协同设计,IC设计公司要考虑哪些?

如果设计团队分散在全球各地、如果在不同的地域采用的是不同的云服务供应商,设计项目是否会受影响?异地协同设计的效率和可行性是IC设计公司需要考量的一个指标。ahlednc

“由于低延迟的重要性,服务IC设计的云环境通常需要与设计团队尽可能接近;但我们也看到有些全球设计团队使用同一位置的云环境。”Johnson表示,如果地理位置比较远的工程师主要采用批处理方式执行任务,延迟则不会成为问题。ahlednc

另外他指出,在云平台连接不同的设计环境也是可行的。如果采用单一云供应商架构,实现起来不会有任何问题。“更大的挑战是进行跨多个位置区域的设计数据管理以及设计任务分配。”Johnson指出。使用云基础设施的其中一个优势是:市面上主要的云服务提供商都已经部署了专属的光纤网络,以实现高带宽互联。ahlednc

那么IC设计公司如何判断自己是否需要迁移到云端?Johnson给出的建议是:重要决定是制定自己计算架构的战略方向。他建议客户先做一个试点项目,设计、CAD和IT团队的相关人员可以共同参与解决问题。试点项目的经验会让后续的规模扩展过程更加简单顺利。ahlednc

设计公司需要准备好所需在云端运行的数据,并将运行任务与云端产品的运行和计费模式相匹配,这涉及到Fabless公司和云提供商之间的数据管理和资源使用协议。ahlednc

诚然,云端方案在EDA领域肯定不会像其他软件领域那样随处可见,EDA供应商如果要让云端方案取得成功,需要能展现在运算能力、安全、内存、网络与储存方面的性能表现。Fabless公司要进入云计算,应该借云寻找新的、更多的可能性来获得竞争优势,而不是仅仅使用云作为低成本的基础设施来实现自己的设计。ahlednc

往长远想,未来云计算如何改变设计周期、如何提供更多功能、甚至改变整个设计方法论,从多个维度达到真正的降成本,才是业界共同探索的方向。ahlednc

本文为《电子技术设计》2020年05月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里ahlednc

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赵娟
ASPENCORE中国区总分析师
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