雲端EDA已就位 用還是不用?

作者 : 趙娟,EDN China

IC設計每向下走一代節點,所需運算資源就激增一次;新科技的體驗每多一次,人類對於設計週期的耐心就少一些...這個現實催生了雲端EDA。

IC設計每向下走一代節點,所需運算資源就激增一次;新科技的體驗每多一次,人類對於設計週期的耐心就少一些。

這是就是赤裸裸的產業現實,這個現實催生了雲端EDA。

哪些類型的EDA軟體更適合「雲」端?

「目前來看,對運算量需求很高的工具比較適合上雲,例如,軟/硬體模擬、sign-off驗證這些工具,這樣可以在業務高峰的時候依照實際需求增加運算資源,加快運作速度和產品上市時間。」Mentor,a Siemens Business全球副總裁兼中國區總經理凌琳指出。

圖1 Mentor,a Siemens Business全球副總裁兼中國區總經理凌琳指出,對運算量需求很高的工具比較適合上雲。

Mentor的Calibre實體驗證系列、Veloce Strato硬體加速模擬平台、Analog FastSPICE平台都能夠提供基於雲端的服務。

在EDA廠商上雲的動作中,Cadence算是最積極的一家。「目前,Cadence提供的所有EDA工具都已經過測試全面支援雲端平台,設計者可以依自己的需求靈活選擇工具的部署方式。」Cadence雲端事業部商務拓展副總裁Craig Johnson指出。

「我們發現很多客戶傾向於在雲端處理運算密集型的任務。」Johnson表示。Cadence此類型的工具包括用於邏輯模擬的Xcelium、用於電路模擬的Spectre、用於庫例化的Liberate,以及各類簽核工具,包括時序分析工具Tempus、寄生參數提取工具Quantus、功耗分析工具Voltus,以及實體驗證工具Pegasus等,都支援大規模密集型運算運作。

圖2 Cadence雲端事業部商務拓展副總裁Craig Johnson發現,很多客戶傾向於在雲端處理運算密集型的任務。

在Cadence所有支援雲端平台的工具中,硬體雲端服務Palladium Cloud已被很多使用者選擇。Palladium是款硬體模擬加速器,可以加速IC和系統驗證的模擬。對於一些對驗證性能有提升需求且機房建設、投入有限的用戶而言,該方案是理想選擇。Palladium系統採用傳統的實體伺服器機櫃形式,裝載了針對模擬任務客製化的主機板和晶片。

中國本土廠商也對雲端EDA持積極態度。前期,華大九天選擇性安排了需求較大的EDA工具上雲,隨著使用效果的成熟穩定,華大九天將部署更多EDA工具資源到雲端。「我們將計畫把自己的高速高精準度True-SPICE電路模擬解決方案Empyrean ALPS佈局上雲。」華大九天市場副總經理郭繼旺指出,「針對性能需求更高的客戶,還將進一步提供類比異質電路模擬系統Empyrean ALPS-GT,從而全面提升模擬效率。」

雲端EDA嘗鮮者

IC設計公司一般都不願意透露自己的設計細節,《電子技術設計》中國版在此次專題中也聯繫了幾家IC設計公司,但沒有人願意分享自己使用雲端EDA的經驗,我們只能從公開發佈的新聞中尋找這些已經嘗鮮過雲端EDA的公司,看看他們的回饋。

Ampere Computing使用了Cadence的Palladium Cloud提高驗證輸送量,公開資料中有一些具體細節描述:a.產能與設計尺寸比隨使用時間增加逐漸提高。雲端平台具有足夠的靈活性,可以實現依實際用量付費。b. Ampere做了完整的總體擁有成本(TOC)分析,並與系統成本做了比較。結論是:Palladium Cloud可以實現大幅的成本節約。c. Ampere非常看重彈性產能,可用產能必須隨著設計需求的高低隨時調整。

去年6月,Microsoft Azure和Mentor及台積電在10小時內驗證了AMD EPYC上的大尺寸Radeon Instinct Vega 20積體電路設計,這是產業多方共同成就「雲中EDA」的一個典型案例。AMD這款晶片設計中有132億顆電晶體,數量是驚人的,透過在Microsoft Azure雲端平台上運作台積電認證的7nm Mentor Calibre設計套件,AMD在19個小時內完成了兩次驗證,大幅縮短了實體驗證的總周轉時間。

此外,AMD還將Calibre nmDRC擴展到69個HB虛擬機器上的4,140個核心,使工程師能夠平衡緊迫的時間與苛刻的成本。

據Johnson透露,Cadence已經為超過100家客戶提供了基於不同模式的雲端環境搭建、部署服務及支援:全託管業務模式目前與AWS和Azure雲端平台合作;客戶自行管理環境的業務模式支援AWS、Azure和Google雲端平台。

台積電的開放式創新平台(OIP)雲聯盟將EDA公司和雲端服務供應商緊密聯繫,共同挖掘基於雲端運算的解決方案,釋放EDA的「雲價值」,助力用戶擁有更多選擇,實現簡便、快速、可擴展且安全的EDA能力。

雲端EDA工具划算嗎?

在雲端EDA工具當中,PCB雲端設計工具走在前面,取得了一定的普及度,相比之下目前的IC設計上雲發展似乎慢了一些。

「基於雲端的晶片設計已經發展了一段時間,但是較於其他產業來說進展還是相對緩慢。」凌琳指出,「一方面是由於一些公司對於雲端的安全性還是存疑,將其專有IP放到雲端中會感到擔憂;另一方面,目前私有伺服器中心對於大多數設計來說其實已經夠用了。」

但是隨著設計規模日益增大,系統日益複雜,一些小公司也會對大型伺服器中心產生興趣,基於雲端的設計需求必然會呈現上升趨勢,凌琳補充。

在上雲的過程中,成本的考量是所有人關注的問題。

「很多設計人員都希望能透過上雲降低EDA軟體的成本。但目前EDA雲端服務的成本還沒有明顯優勢,在雲端需求不斷增加與應用持續落地的催化下,雲端EDA軟體的價格與非雲端的軟體終將趨於相同,而設計人員則不用再自行購買伺服器,因此可以省下一筆基礎設施成本。」凌琳指出,「在on-demand service的模式被產業大範圍認可和使用後,pay per use這樣的付費方式就會隨著可行性方案的逐漸夯實而成為可能。」

對於規模較小的IC設計公司來說,它們覺得依需求增加資源的商務模式相當有吸引力。初期,尤其是對中小型IC設計公司來說,上雲最本質需求就是要節省成本,所以大家首先比較的就是雲端服務和自己搭建伺服器之間的成本差距。畢竟,這些公司有時候一年使用工具的時間只是一兩週,因此只購買所需資源,對不需要的資源則分毫不付,無疑是個好主意。

中國IC設計產業一個鮮明的特色就是中小型公司多,尤其是這幾年,中國半導體產業協會統計的中小IC公司的增速越來越快。如何更加便捷地獲得高性能的專業解決方案,實現資源最佳化,降低EDA採購成本,以及獲得更為靈活的授權方案和技術支持形式是這些企業最為關心的。

郭繼旺指出,「上雲不僅僅解決中小客戶的EDA成本問題,還有一個原因是能夠根據客戶的業務需求更靈活地配備運算力,更好解決客戶的運算力需求,比如在一段時間內根據其運算力峰值依需求使用。」

圖3 華大九天市場副總經理郭繼旺指出,上雲不僅能解決中小客戶的EDA成本問題,還能根據客戶的業務需求更靈活地配備運算力,更好地解決客戶的運算力需求。

凌琳同樣認為基於雲端的設計環境不僅只需解決成本問題。

舉個例子,滴滴的出現改變了汽車的擁有模式,新模式釋放了預算,使新的選擇成為可能。「EDA運算需要不同配置的機器,有些任務可以分發到小型伺服器,而有些可能僅僅是設計過程中的某一部分,需要更大型的伺服器來處理。」凌琳指出,透過在正確的時間訪問正確的機器,公司可以重新設計流程來縮短關鍵路徑。

關於雲端服務有一個非常形象的比喻:花同樣的錢,可以讓100台機器跑1個小時,也可以讓1台機器跑100個小時。晶片設計產業中,大量的時間是花在模擬驗證上,而這些模擬驗證又很容易並存執行。對於這種偶發性需求,一般的晶片設計公司都不願意多花錢買機器來滿足短暫的峰值需求。但對雲端來說,這都不算什麼。

現有雲端服務供應商都提供了靈活的計費模式,比如運算力的租賃和雲端上license的租賃,郭繼旺表示,華大九天也將遵從相關業界標準,定制出更符合使用者需求的綜合性商業模式。

在探索商業模式的過程中,Cadence的經驗或許值得參考。例如,在其多種不同類型的合作模式中,使用Cloud-Hosted Design Solution全託管服務的客戶只需要一次性支付一筆費用,即可使用全部工具,同時獲得雲端服務相關支援。這一模式可以協助客戶管理並計畫預算支出,確保專案符合預算。另外,針對特定的設計專案,也可以為客戶提供短期的工具授權。對於部分傾向於自行建設和管理其雲端架構的使用者,Cadence還有一種提供Cloud Passport的業務模式。

用戶最重要的需求,是可以高效完成設計任務的軟體和基礎設施。Johnson指出,大多數設計步驟都需要執行多次任務反覆運算,通常要持續數週。透過與客戶不斷保持溝通,保持成本效率的前提下縮短設計週期,依照客戶需求及時調整業務模式是EDA供應商該做的事。

異地協同設計 IC設計公司要考慮哪些?

如果設計團隊分散在全球各地、如果在不同的地域採用的是不同的雲端服務供應商,設計專案是否會受影響?

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