作者 王樹桐

微軟客戶工程師

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（英語(yǔ)：Electronic design automation，縮寫：EDA）是指利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件，來(lái)完成超大規(guī)模集成電路（VLSI）芯片的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)（包括布局、布線、版圖、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查等）等流程的設(shè)計(jì)方式。在傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)環(huán)境中，計(jì)算平臺(tái)是核心職能之一，它依賴IT硬件底層的支撐，滿足更高效、安全的大量EDA計(jì)算的需要。然而，隨著應(yīng)用需求的發(fā)展，以及設(shè)計(jì)復(fù)雜性的提升，這樣的芯片設(shè)計(jì)環(huán)境的不足愈加凸出。具體包括：IT資源不足、數(shù)據(jù)安全擔(dān)憂、機(jī)器負(fù)載不均衡、仿真速度慢、圖形界面卡頓、項(xiàng)目環(huán)境不一致、運(yùn)維工作量大、技術(shù)支持困難、服務(wù)器配置不一致以及協(xié)同困難 等等問(wèn)題。這些問(wèn)題往往會(huì)對(duì)芯片設(shè)計(jì)工作效率造成持續(xù)影響。

從云計(jì)算的角度來(lái)看，Azure 作為 HPC 平臺(tái)提供的安全性、可靠性和可伸縮性非常適合 EDA。此外，Azure 一直在不斷發(fā)展。各種企業(yè)組織可以從眾多的不斷增長(zhǎng)的云服務(wù)中進(jìn)行選擇，這些云服務(wù)使開發(fā)人員能夠使用他們喜歡的工具和框架在龐大的全球網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建，管理和部署應(yīng)用程序。

對(duì)于考慮遷移到云的半導(dǎo)體公司，Azure 提供：

高性能且可銷售的基礎(chǔ)架構(gòu)，能夠支持生產(chǎn)級(jí)芯片設(shè)計(jì)工作。

將EDA工具遷移到Azure上的策略，幫助企業(yè)優(yōu)化成本并且提高效率。

豐富的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體公司、代工廠、工具供應(yīng)商、SOT（外部半導(dǎo)體組裝和測(cè)試）和系統(tǒng)集成商（實(shí)施顧問(wèn)）。

解決常見(jiàn)行業(yè)障礙的解決方案，例如產(chǎn)品差距、安全性和自身成本。

01Azure 上的芯片設(shè)計(jì)工作流

復(fù)雜芯片設(shè)計(jì)過(guò)程中的每個(gè)步驟（從前端設(shè)計(jì)的初始規(guī)范到后端設(shè)計(jì)的最終 GDSII 流片）都有一套專用的 EDA 工具。Azure 服務(wù)和開發(fā)者工具可以優(yōu)化這些工作流中使用的設(shè)計(jì)和協(xié)作環(huán)境，使得團(tuán)隊(duì)擁有最佳產(chǎn)出。Azure 還提供了一些機(jī)制來(lái)幫助組織做出最佳性能和成本組合的工作流選擇。

前端（邏輯）設(shè)計(jì)

使用軟件進(jìn)行仿真模擬，前端設(shè)計(jì)能夠從規(guī)范式形式轉(zhuǎn)向邏輯驗(yàn)證設(shè)計(jì)。與軟件研發(fā)一樣，此階段是具有一些塊級(jí)的仿真模擬和代碼調(diào)試。此工作流受益于 Azure DevOps 工具和服務(wù)，這些工具和服務(wù)通過(guò)提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作和敏捷實(shí)踐來(lái)改進(jìn)設(shè)計(jì)周期。

圖 1.前端設(shè)計(jì)階段的步驟使用軟件仿真

當(dāng)開發(fā)設(shè)計(jì)模塊時(shí)，團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)運(yùn)行功能仿真來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)元素的正確性。RTL（寄存器傳輸級(jí)）仿真使設(shè)計(jì)人員能夠確認(rèn)設(shè)計(jì)在邏輯上將按預(yù)期運(yùn)行。為了最大限度地減少仿真時(shí)間，這些不同的設(shè)計(jì)元素在數(shù)十到數(shù)千個(gè)系統(tǒng)中并行仿真，具體取決于設(shè)計(jì)的規(guī)模和可用資源。Azure 具有近乎無(wú)限的計(jì)算資源，可以通過(guò)允許更多作業(yè)并行運(yùn)行來(lái)加速驗(yàn)證過(guò)程，從而縮短總周轉(zhuǎn)時(shí)間。

圖 2.EDA 軟件將邏輯設(shè)計(jì)映射到物理設(shè)計(jì)和代工流程

許多后端工作有非常大的計(jì)算和內(nèi)存需求。這些工作負(fù)載可以擴(kuò)展到多核，并依靠高性能存儲(chǔ)來(lái)訪問(wèn)龐大的數(shù)據(jù)集。對(duì)于許多產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)，甚至是大公司的產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，維持如此大的內(nèi)核數(shù)量和內(nèi)存系統(tǒng)的可用性是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)。即使系統(tǒng)位于數(shù)據(jù)中心，保持訪問(wèn)這幾個(gè)系統(tǒng)的可行性來(lái)運(yùn)行大型后端工作仍是一個(gè)挑戰(zhàn)，這同時(shí)會(huì)限制這些工作負(fù)載的規(guī)模，從而延長(zhǎng)周轉(zhuǎn)時(shí)間。

此類工作流非常適合在 Azure 上運(yùn)行，可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)啟動(dòng)數(shù)千個(gè)內(nèi)核以交付結(jié)果，而不是本地設(shè)置所需的幾天

02、適用于EDA工作的Azure 架構(gòu)

用于硅設(shè)計(jì)的 Azure 基礎(chǔ)架構(gòu)對(duì)計(jì)算和內(nèi)存密集型應(yīng)用程序進(jìn)行了優(yōu)化，用高性能文件系統(tǒng)和高效的作業(yè)調(diào)度來(lái)支持這些應(yīng)用程序，來(lái)最大限度地提高 EDA 軟件許可投資的吞吐量和性能。圖 3 顯示了 Azure 上 EDA 的高級(jí)體系結(jié)構(gòu)，并介紹了計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)流程組件，這些組件將在本節(jié)中更詳細(xì)地介紹。

圖 3. 此高級(jí)體系結(jié)構(gòu)支持 Azure 上的 EDA 工作負(fù)荷

此體系結(jié)構(gòu)包括以下組件子：

Azure compute。Azure 提供具有一系列內(nèi)存與核心成比率的虛擬機(jī)類別，可滿足不同的工作負(fù)載要求。

Azure NetApp Files. 這種高性能的計(jì)量文件儲(chǔ)存服務(wù)讓用戶遷移和運(yùn)行基于文件的EDA工具更方便，不需要額外改變代碼。在 Microsoft 的支持下，Azure NetApp Files 構(gòu)建在 NetApp ONTAP 存儲(chǔ)操作系統(tǒng)上，為 EDA 客戶提供他們已經(jīng)熟悉的界面和功能。

Azure HPC Cache. HPC 緩存優(yōu)化了 NFS 延遲和元數(shù)據(jù)和讀取操作的吞吐量，以支持大型橫向擴(kuò)展 HPC 集群。 HPC 緩存支持單個(gè)文件每秒高達(dá) 20 GiB 的讀取吞吐量，對(duì)元數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求提供微秒級(jí)響應(yīng)，并橫向擴(kuò)展需要數(shù)百萬(wàn)個(gè)文件和目錄的工作負(fù)載，從而減少對(duì)高需求讀取量的爭(zhēng)搶和網(wǎng)絡(luò)瓶頸。

Azure Blob storage. 憑借巨大的容量和可擴(kuò)展性，Blob 存儲(chǔ)在熱、冷或存檔層中存儲(chǔ)了數(shù)百到數(shù)十億個(gè)對(duì)象，具體取決于數(shù)據(jù)訪問(wèn)的頻率。 Azure Blob 存儲(chǔ)提供了一種更具成本效益的方式來(lái)存儲(chǔ)數(shù)十年的歷史設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)保持對(duì)該數(shù)據(jù)的即時(shí)可訪問(wèn)性

Azure CycleCloud. 這是一個(gè)免費(fèi)工具，可以在 Azure 中創(chuàng)建、管理、操作和優(yōu)化 HPC 集群。例如，您可以在 20 分鐘內(nèi)預(yù)置 50，000 個(gè)計(jì)算核心。

網(wǎng)絡(luò)。 Azure 虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于軟件定義網(wǎng)絡(luò) （SDN） 技術(shù)，為過(guò)度配置的網(wǎng)絡(luò)資源提供高帶寬和低延遲。建議使用 Azure ExpressRoute 線路，在 Azure 數(shù)據(jù)中心和本地基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間建立快速連接。

此外，Azure還支持流行的并行虛擬文件系統(tǒng)，例如 Lustre 和 BeeGFS，這些系統(tǒng)在Azure Marketplace中隨時(shí)可用。

03、遷移到Azure的步驟

Azure 提供了一種系統(tǒng)化的方法來(lái)支持當(dāng)今的云遷移，以及一個(gè)有助于未來(lái)創(chuàng)新的平臺(tái)。一些世界上最大的半導(dǎo)體公司已經(jīng)在Microsoft的幫助下使用 Azure，對(duì)其高要求的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) EDA 工作流提供支持。這些公司可以隨著需求動(dòng)態(tài)地添加和刪除資源，并只需為所需的部分付費(fèi) 。Azure 還提供可靠的安全性，幫助保護(hù)其芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)。受信任的Azure 解決方案能讓公司可以根據(jù)需求靈活地選擇云模型 - 以高倍數(shù)、附加或?qū)Ｓ觅Y源突發(fā)到云，或者將整個(gè)工作遷移到 Azure 中。

開始的六個(gè)步驟

許多半導(dǎo)體 IT 組織都在猶豫遷移決策，而這些考慮既復(fù)雜又耗時(shí)。我們建議采用六步過(guò)程來(lái)開始使用 Azure：

1 對(duì)軟件和工作負(fù)載進(jìn)行編目。

2 對(duì)性能或工作負(fù)荷進(jìn)行分類。

3 定義在 Azure 中移動(dòng)到工作流或啟動(dòng)工作流的成功條件。

4 構(gòu)建用于云集成的核心基礎(chǔ)架構(gòu)組件。

5 獲得開發(fā)所需的技能。

6 開發(fā)云生產(chǎn)支持的模型，為改變而替換一些必要組件 和變更管理。