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先进制程推升算力需求 云端EDA带来灵活性与弹性
克服设计专案的高低峰差距

【作者: 籃貫銘】2020年06月30日 星期二

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自从晶片设计进入自动化的年代,EDA工具就扮演着推进半导体技术的关键角色,而且不仅是在规划设计的层面,在验证生产方面也有着举足轻重的地位。现在任何先进制程要进入商业阶段,与EDA业者的协作与共同开发已是必经的阶段。



图一 :  次世代先进制程的晶片开发有很高的算力需求,因此企业开始采取具备弹性拓展与使用灵活性优势的云端解决方案。
图一 : 次世代先进制程的晶片开发有很高的算力需求,因此企业开始采取具备弹性拓展与使用灵活性优势的云端解决方案。

所以我们几??可以这麽说,EDA与晶片设计,就是一体的两面,没有EDA大概也没有当代的晶片设计。尤其是目前极端复杂的单晶片架构和亿万计的电晶体逻辑,已无任何人能够离开电脑环境进行开发,想再拿出纸张和笔来做架构,已是天方夜谭。


制程不断微缩 EDA算力需求节节高升

也因此,晶片设计的品质和流程要有所精进,EDA工具的搭配与协助,都是影响成败的关键。而随着晶片制程不断缩小,单一晶片内的电晶体与电路数量也持续倍增,晶片的生产流程也进入了新的时代,云端IC设计就是其中之一趋势。


为什麽IC设计会开始转向采用云端的方案,益华电脑(Cadence)台湾总经理宋?安指出:「开发平台的电脑运算力不足,是促使IC设计采用云端解决方案的主要驱力。」


他表示,次世代先进制程的晶片开发有很高的算力需求,而仅因这些开发专案的需求去建置专属的设备,在成本上并不合理,因此企业开始采取具备弹性拓展与使用灵活性优势的云端解决方案。尤其是对中小型的晶片业者来说,投入高成本的先进制程设计硬体,负担更显得吃重。



图二 : 一般而言,IC设计公司的运算力需求是呈现波型的震荡。
图二 : 一般而言,IC设计公司的运算力需求是呈现波型的震荡。

Cadence指出,一般而言,IC设计公司的运算力需求是呈现波型的震荡,也就是会有高峰期与闲置期。然而,企业的硬体算力是固定的,所以经常出现高峰期算力供给不足;闲置期的算力又会有明显的剩馀,不易产生最隹的效益。而云端EDA方案就可改善上述的问题。


Mentor也持相同的看法。Mentor亚太区技术总监李立基指出,由於晶片的规模不断增长,制程尺寸不断缩小,设计复杂度持续提升,IT正面对IC设计日益增加的算力需求。无论是大型业者或中小型业者的IC开发团队,都面临?EDA峰值性能需求难以被满足的问题。


他表示,对於大型业者而言,一方面,运算资源激增和多个项目的同时发生会导致IT资源短缺。另一方面,?了占据市场领先阵营,需要快速实现一款新产品的量产;而对於中小型业者,一方面对更大伺服器中心的需求增加,另一方面成本和采购整套工具软体的重复利用率都令其担??。由此,可被快速部署,灵活采用并具有成本效益的云端方案就成?一种必然趋势。


IC设计流程复杂 弹性云端EDA方案效益隹

在这样的趋势下,云端IC设计方案将成为半导体产业的必然,但如何导入和安排资源,也是业者需要关注的环节。不过在EDA业者的努力下,云端方案的运用情境几??与传统无异,开发者甚至感觉不出差异。


宋?安表示,Cadence是EDA工具商,一直以来就专注於EDA软体技术的耕耘,无论是在云端或者传统的方案,让用户可以高效率的进行开发,是他们首要的任务。也因此,对客户来说,只要有需要,就能无缝接轨云端方案。


但宋?安也强调,IC设计可以区分成不同的阶段,前端的布局与架构阶段,对於算力的需要并不高,在本地的平台就可以处理;但後段的验证与模拟,就需要较高的运算能力,也比较有采用云端方案的机会。


Mentor李立基指出,IC设计流程很复杂,涉及到很多步骤,算力要求也不同。有些可以折开到多部电脑或多线程上,有些则可能需要一台具有高记忆体容量的电脑。由於运算资源各不相同,云端方案提供了在需要时获得所需硬体的灵活性,优化了运算成本和专案进度间的权衡。


尽管云端方案拥有诸多优势,但它仍有一些建置与应用的挑战。最基本的,就是要连结云端的服务。由於各家公司对於云端有不同的系统规划与建置,要把公司原本的IT系统连结到云端,或者把公司的云端整合到EDA的服务上,这之间都需要一定程度的调动。


复杂度与安全性是导入挑战

「复杂度是第一个挑战,但现在已有很多的解决方案可协助。」宋?安说道。


他表示,Cadence已与云端相关的夥伴合作,大幅简化了相关的流程与介面。客户只要跟Cadence签属付费的云端授权,就能够使用云端的服务,无须分散力量去??心云端的介接问题。且能支援目前主流的云端平台商,给予客户最大的弹性。


安全性,则是另一个云端方案衍生的议题。由於采用远端的流程,敏感资料就会流出或者被侵入的风险,因此客户对於云端方案的安全性格外的关注。但宋?安强调,就技术层次来看,目前云端方案已具备足够的安全性,是值得信赖的方案,只是客户的信任度仍不高。


他也认为,无论是云端方案的导入和资讯数据的安全性,其实目前的技术已都能因应,客户可以放心使用。


对於安全性,李立基也认为,安全感是目前云端方案的主要挑战所在。由於智财(IP)对於任何公司都是至关重要的资产。如果公有云不能满足使用者对於安全的需求,那?使用者就不得不转向私有云,从而失去了采用云端方案的成本效益。


而除了安全性之外,李立基认为云端方案的另一个挑战就是成本。他指出,云端虽是一种必然需求,但目前EDA云服务的成本并没有明显优势,从业者需要努力共同打造针对IC设计产业行之有效的商业模式,来降低云端方案的成本。


另一方面,李立基则强调,EDA运算所需要的资源并不是固定的,业者要在正确的时间访问正确的资源中心。因此在安全和成本之外,更重要的挑战是如何采用云端方案实现更多的创新性和可能性来获得竞争优势,而不仅仅是将云运算作为低成本的基础设施来承载其设计流程。


值得注意的是,在IC开发的过程中,经常会发生临时的算力需求,也就是专案开发到後段的进度时,突然爆发出大量的算力需求,这时就会有额外增加的授权需求,此时云端方案就会是最隹的因应之道。


宋?安表示,尽管短期的授权费会较高,但是长期来看,云端的方案仍会是较经济的选择。不过选择云端的方案,就是要面临把资料放在云上的情况。


深化云端系统合作 提供无缝介接体验

展??未来的云端方案布局,宋?安表示,Cadence将会积极与云端业者合作,把云端的运行介面整合到旗下的产品里,客户只需要面对Cadence即可,无须再去处理云端供应商的选择与介接的问题。而Cadence也会致力於推动云端IC设计方案的普及,并广邀云端与相关的业者共襄盛举。


另一方面,Cadence也正积极扩展在系统端的设计服务能力,提供除了晶片开发之外,更广泛的软体设计与模拟工具,包含电讯和热力设计等。而这些系统端的设计也有很高的需求在云端方案方面。


至於目前已是西门子旗下的Mentor,则是朝向发展「EDA 4.0」的概念,希??通过3D IC和SiP等新的晶片制造技术、ECAD/MCAD协同设计,以及虚拟/Digital Twin系统设计等,来实现AI系统、大数据分析和云运算应用。


李立基表示,在上述这些基础上,Mentor将继续深化和细化与合作夥伴的合作,为产业带来安全可靠、适用性高的云端方案。


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