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EDA云端化一举解决IC设计痛点
以新思维打新战争

【作者: 蕭博仁】2020年07月03日 星期五

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不断突破的半导体制程,使得IC设计与验证流程更复杂,EDA的IT系统资源需求也越趋庞大。为解决此问题,近年EDA开始云端化。今年六月,EDA龙头厂商Cadence和Synopsys更同时宣布与台积电、微软策略合作,采用微软Azure云端平台以加速IC设计流程的合作计画,显见EDA已正式进入云端化时代。


消费性电子产品效能快速提升且生命周期逐渐缩短,对IC关键零组件的考验也越来越严苛,而半导体产业所依循的摩尔定律逼近极限,不断突破的新制程也让设计成本节节高升。在此态势下,过去的EDA运作模式将难以满足新世代的IC设计需求,面对未来商场战争,厂商必须以新思维与新工具因应与转变,才能持续保持竞争力。


自Intel创办人Gordon Moore提出摩尔定律後,过去半世纪以来半导体产业都依循每18个月电晶体数量加倍来发展,时至今日,制程不断逼近物理临界点,业界开始传出摩尔定律即将失效的声音。但从市场状态来看,半导体仍按此定律发展,台积电创办人张忠谋去年就指出,起码现在还有5奈米、3奈米甚至是2奈米等制程正在发展中,没人知道摩尔定律何时会终结。


然而,半导体制程持续演进,虽有助於电子产品提升效能,但也为IC设计带来严苛挑战。更大量的电晶体要存在更狭小的尺寸空间,电路侦测、验证与模拟的复杂程度会急遽攀升,而EDA所需的运算资源也将呈几何级数倍增。据iBS预估,7奈米制程的IC设计费用为3亿美元,5奈米为5.4亿美元,到了3奈米将一囗气暴增至15亿美元,如此庞大的成本不仅让中小型IC设计业者无力负荷,即便大型半导体制造商,也须重新考虑IT资源的最隹化策略。



图一 : 半导体制程持续演进,虽有助於电子产品提升效能,但也为IC设计带来严苛挑战。
图一 : 半导体制程持续演进,虽有助於电子产品提升效能,但也为IC设计带来严苛挑战。

除系统成本问题外,建构速度是另一挑战。智慧手机是目前IC产业的最大应用,从iPhone问世後,Apple、三星、华为等大厂每年都会推出不同版本的智慧手机,而每一款新机都诉求搭载最新一代的IC,迭代需求不仅对IC设计业者带来时程压力,每一代IC进化的同时,就必须随之升级、扩充的EDA与IT建置费用,更让中小型IC设计业难以负担。


云端概念逐渐成熟 资安问题已解决

面对上述问题,云端是最隹解决方案。云端平台向来的诉求就是可随需计价使用IT资源,使用企业不必投入大笔费用建置IT系统,可视本身需求使用平台服务者的储存、运算资源,例如在需要以大量运算资源执行硬体模拟流程时,再向EDA厂商购买闸极容量。这种「用多少算多少」的计价方式,有助於企业调配手中资金,不仅解除中小企业的IT建置负荷,大型企业也可弹性调度资源,例如需要高IT资源的7、5奈米制程,就可使用云端EDA,而过去已建的资料中心,则可用於10、16、22奈米等成熟制程。


云端平台的另一个优势,在於由平台业者负责更新IT系统版本。以往自建系统的做法,在面临新制程时,旧版本的系统功能难免不足,但在投入成本或上市时程考量下,除非既有系统已无力完成新工作,厂商总是尽量使用。然而功能有限的IT系统会大幅降低工作效率,云端平台则维持在最新且最先进的硬体资源与软体版本,使用企业则可将心力专注於研发设计,强化核心竞争力。


至於资安,EDA厂商不讳言资安问题仍是IC设计业者上云的最大疑虑。但其实在云端平台推动初期,其资安防护等级就已高於企业自建机房,经多年发展,双方资安防护落差已非同一等级。以微软为例,微软智慧资安在2019年Gartner端点防护平台魔力象限(Gartner EPP Magic Quadrant)报告中获得「具领导地位的端点防护平台品牌」殊荣,又於美国RSA资安大会发布的2020《网络防御》杂志中被评选为六项企业安全大奖得主,可见针对企业安全检测保护、端点安全防护、恶意攻击检测其所提供的资安产品和服务已经符合国际趋势需求,亦能满足台湾企业所需。



图二 : 微软云端平台除了维持在最新且最先进的硬体资源与软体版本,更强化实体建筑防护、设置访客过滤机制,资安防护更已符合国际趋势需求。
图二 : 微软云端平台除了维持在最新且最先进的硬体资源与软体版本,更强化实体建筑防护、设置访客过滤机制,资安防护更已符合国际趋势需求。

另外,企业对於IT系统必须「看得见」的迷思也须改变。多数企业主认为自建系统才能被掌握且具有安全感,但在实质建筑的维护和企业机房的安全等级,仍无法与云端平台机房相比。综上所述,近年来产业讲究专业分工,不仅是半导体产业,IT系统也是如此,将资安交由资安专家负责,也会是CP值最隹化的做法。


在IT资源使用效益与安全机制两大优势下,EDA云端化加速进行。云端平台概念深耕市场超过十年,於消费性市场已相当普及,虽然在EDA领域近两年云端化才成为热门议题,不过早在2000年左右,就有EDA业者观察到IC设计的资源痛点,并推出透过虚拟私人网路(VPN),提供业者足够的IT资源,以利进行软硬体模拟。


台积电登高一呼 EDA云端趋势确立

即便多年前难以推行,不过云端始终是各类型软体平台的重要趋势,在EDA领域也是如此。在需求端,前述半导体与IC设计业的痛点逐渐加剧,供应端则是经厂商的努力,云端的效能与安全性已臻完善。在供需两端同步增温的态势下,EDA产业开始积极布局云端化。


先是2018年的设计自动化大会(DAC 2018)上,Cadence与Mentor都发表相关产品,同年10月,台积电为提前准备新进制程,宣布将在自己主导的开放创新平台(Open Innovation Platform;OIP)上提供「虚拟设计环境 」(Virtual Design Environment;VDE),并筹组云端联盟,邀请三大EDA厂商Cadence、Mentor与Synopsys一同加入。


而在上个月,台积电发表了白皮书谈及结盟Microsoft Azure、 Candence、Synopsys,透过云端基础设施来减少半导体设计签核时程表。通过迁移到云创建复杂高节点设计,半导体业者可在不受内部硬体限制的情况下显着提升生产率并将低成本。同时Microsoft Azure亦发表了全新的Azure Virtual Machine━Azure D-v4和E-v4系列虚拟主机,采Intel第二代Xeon Platinum 8272CL优化记忆体,此处理器以2.5GHz的基速能运行,高频可达3.4GHz速率。



图三 : 通过迁移到云来创建复杂高节点的设计,半导体业者可在不受内部硬体限制的情况下显着提升生产率并将低成本。
图三 : 通过迁移到云来创建复杂高节点的设计,半导体业者可在不受内部硬体限制的情况下显着提升生产率并将低成本。

而这两大发表,最令人注目的是迁移到高节点趋势已来,随着先进制程的复杂性不断增加,更多的操作条件分析需进行,高节点设计能提供不同场景高弹性应用,包含HPC、5G、AI等,并翻转客户竞争力。


台积电设计技术平台??处长陈威利亦提及:「晶片设计工作负载需要高CPU性能、大量处理器、高记忆体到核心比率和足够的本地存储。新推出的Edsv4系列满足所有这些要求,使其成为我们的理想选择。使用Edsv4 VM,台积电能够成功创建全新的横向扩展/扩展晶片设计策略,帮助设计人员实现显着的运行时加速和成本优化。」


然而,当产业模式从资本支出(capital expenditure;CAPEX)转换成营运支出(operating expense;OPEX)所形成的范式转移,正验证了其技术赋予业务模式转换,为客户带来新的商业价值的现象发生。然而,主流市场正在转变,产业应加速对云端与新的业务模式开放,以保持竞争力。


混合云部署 启动EDA云端第一步

EDA云端效益,除了取决於EDA效能外,云端平台厂商的能力也是关键。由於EDA云端是典型的企业云,与个人使用的消费云不同,企业云不仅对系统稳定性与安全性有更高要求,还需针对不同领域企业提供合适架构。


因此,平台服务商必须在B2B商业模式下有丰富经验,才能提供EDA厂商与其使用者两端都合用的云端平台。而产业若期加速跟上应运而来的云端EDA趋势,拥抱混合云的基础建设的部署模式将是首要之务,当云端成为EDA产业竞争最大动能,业者的云端部署策略,将是创造竞争力的决胜点。


(本文作者萧博仁为台湾微软云端平台事业部资深产品经理)


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