引言：

　　臨淵羨魚， 不如退而結(jié)網(wǎng)。

　　—— 《淮南子 · 說林訓(xùn)》

　　在前面的芯片設(shè)計(jì)上云系列文章中，我們?cè)?jīng)詳細(xì)闡述了芯片上云的動(dòng)力和趨勢(shì)（《芯片上“云”的動(dòng)力》）。從今年下半年起，我們就切實(shí)地感受到這一波芯片設(shè)計(jì)上云大潮正撲面而來，國(guó)內(nèi)也漸漸出現(xiàn)了一批上云的芯片設(shè)計(jì)公司。

　　在上云初期階段，這些公司主要分布在行業(yè)的兩端：一部分是頂端的大公司，他們上云的動(dòng)力偏向于彈性算力和敏捷運(yùn)維；另一部分是尾部的初創(chuàng)小型企業(yè)，他們上云的動(dòng)力則偏向于快速獲取標(biāo)準(zhǔn)完整的芯片設(shè)計(jì)環(huán)境從而靈活高效地開始進(jìn)行芯片開發(fā)工作?？梢灶A(yù)見，2022年將會(huì)是國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)上云的第一個(gè)小高潮，“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”已經(jīng)在芯片設(shè)計(jì)行業(yè)悄然拉開了序幕。

　　如上所述，不同類型的芯片設(shè)計(jì)公司對(duì)芯片上云的原動(dòng)力決定了他們將會(huì)采用不同的EDA云計(jì)算方案。因此采用什么云計(jì)算方案以及如何上云是很多芯片設(shè)計(jì)公司現(xiàn)在面臨的最直接問題，我們通過這幾年的研究，建議大家參照下圖的上云路徑來進(jìn)行：

　　芯片設(shè)計(jì)上云的方法論和傳統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)方法論類似，都是“調(diào)研&規(guī)劃-->建設(shè)&執(zhí)行-->運(yùn)營(yíng)&優(yōu)化”的這樣一個(gè)可持續(xù)發(fā)展和優(yōu)化的流程，不同之處在于“芯片設(shè)計(jì)上云”在前期的“調(diào)研&規(guī)劃”中對(duì)各種需求評(píng)估和方案制定會(huì)涉及到更多的“云計(jì)算”技術(shù)和“公有云”商務(wù)條款，因此，芯片設(shè)計(jì)公司或者芯片設(shè)計(jì)上云服務(wù)商需要具備這些技術(shù)和商務(wù)知識(shí)，我們此文也著重講述如何“調(diào)研&規(guī)劃”。

　　無論是行業(yè)頂端的大公司還是start-up的小型設(shè)計(jì)公司，都希望借著“芯片設(shè)計(jì)上云”的東風(fēng)在云端獲得成本優(yōu)化的高效安全設(shè)計(jì)環(huán)境，但是正如之前《芯片設(shè)計(jì)上云-挑戰(zhàn)篇》所述，“安全”、“效率”和“成本”這三個(gè)要素不可兼得，在“調(diào)研&規(guī)劃”階段必須深入了解設(shè)計(jì)上云原因給出適合的EDA云計(jì)算方案，使得上述三個(gè)因素達(dá)到最佳平衡。

　　EDA上云的用戶視角

　　芯片設(shè)計(jì)環(huán)境是個(gè)復(fù)雜的軟硬結(jié)合＋資源管理的系統(tǒng)，其技術(shù)方案必須從各個(gè)角度出發(fā)，滿足不同用戶和管理的要求。

　　EDA云計(jì)算方案決定因素

　　從用戶視角來看，設(shè)計(jì)公司內(nèi)部不同的用戶對(duì)上云的關(guān)注點(diǎn)有所不同：

　　芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)這五大因素的訴求直接決定了最終的EDA云計(jì)算方案。

　　總體來說，目前主流EDA云計(jì)算方案分為：混合云方案和全云方案，分別適用于中大型設(shè)計(jì)公司和start-up小型設(shè)計(jì)企業(yè)。

　　中大型設(shè)計(jì)公司的最優(yōu)選擇 - 混合云方案

　　大部分中大型設(shè)計(jì)公司都已經(jīng)建好了本地?cái)?shù)據(jù)中心，本地資源滿足了設(shè)計(jì)項(xiàng)目大部分時(shí)間的算力和存儲(chǔ)要求，但是當(dāng)設(shè)計(jì)資源需求高峰來臨的時(shí)候（例如：后端驗(yàn)證高峰時(shí)），本地?cái)?shù)據(jù)中心資源不足往往成為項(xiàng)目推進(jìn)的瓶頸，公司的設(shè)計(jì)部門和ITCAD部門在這個(gè)時(shí)候大部分時(shí)間都用在資源協(xié)調(diào)和擴(kuò)容上，因此在最大化利用本地?cái)?shù)據(jù)中心資源的前提下，“芯片設(shè)計(jì)上云”混合云方案的彈性算力和快速交付成為解決這個(gè)痛點(diǎn)的最優(yōu)選擇。

　　對(duì)于中大型設(shè)計(jì)公司來說，一個(gè)完整芯片設(shè)計(jì)環(huán)境上云項(xiàng)目，需要IT部門、CAD部門和研發(fā)部門密切配合，通過調(diào)研規(guī)劃、建設(shè)執(zhí)行、運(yùn)營(yíng)優(yōu)化三個(gè)階段來實(shí)現(xiàn)。所謂“謀定而后動(dòng)”，在做出芯片設(shè)計(jì)環(huán)境上云的決策前，最為核心的問題是：該如何選擇最適合上云的場(chǎng)景？

　　我們?cè)c很多設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了廣泛的交流和深入調(diào)研，下面就針對(duì)這個(gè)問題展開分析。

　　EDA設(shè)計(jì)環(huán)境上云的場(chǎng)景分析

　　圖片

　　以一個(gè)典型的數(shù)字IC設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例（14nm通信芯片設(shè)計(jì)），我們將會(huì)從上述的上云五大因素進(jìn)行展開闡述。

　　1- 高彈性

　　芯片設(shè)計(jì)上云的主要?jiǎng)恿χ痪褪歉邚椥?，通過計(jì)算集群的彈性伸縮來滿足芯片開發(fā)過程中的短周期的大計(jì)算需求，并能迅速在需求滿足后釋放算力資源，以控制成本。

　　此案例中，設(shè)計(jì)流程中各個(gè)階段的設(shè)計(jì)作業(yè)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)特征如下：

　　由此可見SOC設(shè)計(jì)后端工作環(huán)節(jié)（PR、STA、后端仿真、功耗分析，PV等）的數(shù)據(jù)量大，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，需要大量的仿真計(jì)算和存儲(chǔ)資源。根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，上述環(huán)節(jié)的資源需求占據(jù)了整體資源需求的50%-60% 。其中，在STA和PV等環(huán)節(jié)，還需使用專用的大內(nèi)存服務(wù)器（1.5TB以上）?！靶酒O(shè)計(jì)上云”方案必須提供彈性算力技術(shù)滿足設(shè)計(jì)高峰需求。

　　關(guān)于彈性計(jì)算的詳細(xì)介紹，請(qǐng)參考前文：芯片設(shè)計(jì)上云 ---彈性計(jì)算篇

　　2- 低敏感

　　實(shí)際上我們經(jīng)常與IC設(shè)計(jì)工程師探討上云話題的時(shí)候，他們的第一反應(yīng)往往是：“上云安全嗎？” 安全這個(gè)問題需要從IT和用戶視角分開來看：從IT安全角度來看，無論是在技術(shù)的領(lǐng)先性和投入的資源來看，公有云無疑是比企業(yè)自建環(huán)境更加安全的。

　　公有云平臺(tái)上運(yùn)行著大量企業(yè)的系統(tǒng)，每天會(huì)面臨全球數(shù)以百萬計(jì)的網(wǎng)絡(luò)攻擊，公有云提供商雇傭大量信息安全工程師和利用各種監(jiān)控、防病毒、防攻擊系統(tǒng)來保證公有云平臺(tái)的數(shù)據(jù)安全；而企業(yè)的自建IT環(huán)境的安全感是因?yàn)榇谁h(huán)境沒有受到全球網(wǎng)絡(luò)愛好者的“關(guān)注”，不會(huì)時(shí)常面臨這種安全的“考驗(yàn)”，但是一旦自建IT環(huán)境遇到這種網(wǎng)絡(luò)攻擊，往往不堪一擊，從目前報(bào)道的勒索病毒案例就可見一斑。

　　從IC用戶的角度，他們關(guān)心的并不是IT意義上的安全--網(wǎng)絡(luò)安全，而是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的安全，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的“敏感性”決定了安全級(jí)別，例如將RTL數(shù)據(jù)放到云上，用戶就會(huì)有心理上的不確定性，用戶需要絕對(duì)安全的“保險(xiǎn)箱”來確保此類高敏感性的數(shù)據(jù)安全；而Netlist數(shù)據(jù)，則相對(duì)來說敏感性低了很多，存放位置可以相對(duì)更靈活。

　　以RTL數(shù)據(jù)為主的前端數(shù)據(jù)敏感性最高，其次為IP和工藝文件數(shù)據(jù)，以Session、過程波形、歸檔數(shù)據(jù)和Report為主的過程數(shù)據(jù)安全性最低。

　　顯然，選擇數(shù)據(jù)敏感性較低的設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)上云可以作為設(shè)計(jì)上云的第一步。

　　3-  低交互

　　公有云平臺(tái)需要企業(yè)用戶從網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端進(jìn)行接入，從企業(yè)到公有云數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)帶寬是重要的考慮因素。在EDA計(jì)算場(chǎng)景中，會(huì)有大量的實(shí)時(shí)海量小文件讀取同步發(fā)生，因此跨數(shù)據(jù)中心的實(shí)時(shí)計(jì)算數(shù)據(jù)傳遞幾乎是不可行的。

　　另外，從目前公有云對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖召M(fèi)策略來看，雖然數(shù)據(jù)“上傳”基本免費(fèi)，但是數(shù)據(jù)“下載”需要按照下載數(shù)據(jù)大小支付數(shù)據(jù)流量費(fèi)，因此，如何減少云上和云下數(shù)據(jù)“交互”，也是實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)化的最重要的手段。

　　從這點(diǎn)來說，“芯片設(shè)計(jì)上云”混合云方案的基本原則是要找到“零交互”的設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)并優(yōu)先上云。

　　表1和表2中也體現(xiàn)了此例中數(shù)字IC設(shè)計(jì)流程中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交互類型以及數(shù)據(jù)交互量，從而可以分析每個(gè)場(chǎng)景下需要通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的情況。一般來說，后端流程中的STA場(chǎng)景是比較典型的低交互場(chǎng)景，大量計(jì)算生成的過程波形文件，是不需要下載到本地的。

　　4- 易協(xié)同

　　大規(guī)模芯片開發(fā)往往需要多地團(tuán)隊(duì)的協(xié)同作業(yè)，分散的數(shù)據(jù)中心和集中的數(shù)據(jù)中心一直是一個(gè)值得探討的問題。相對(duì)來說，集中的數(shù)據(jù)中心對(duì)于數(shù)據(jù)版本同步的要求要少很多，也更容易進(jìn)行平臺(tái)維護(hù)和項(xiàng)目進(jìn)程控制，更容易實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目多地協(xié)同的需求。

　　但是對(duì)于中大型設(shè)計(jì)公司來說，一個(gè)集中數(shù)據(jù)中心容量有限，當(dāng)碰到項(xiàng)目資源需求高峰和利用先進(jìn)制程進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)，將設(shè)計(jì)流程中的部分設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)遷移到云上，利用公有云資源和“芯片設(shè)計(jì)上云”混合云方案的彈性算力實(shí)現(xiàn)集中數(shù)據(jù)中心的無縫擴(kuò)展依然能很好的滿足項(xiàng)目組協(xié)同的需求。

　　目前比較有趣的一個(gè)現(xiàn)象是半導(dǎo)體行業(yè)非?；馃?，很多公司的后端都利用外部資源來完成，這種情況下，“芯片設(shè)計(jì)上云”混合云方案可以為這種設(shè)計(jì)公司的協(xié)作方快速提供一個(gè)可連通、相對(duì)數(shù)據(jù)隔離、并可控的設(shè)計(jì)環(huán)境，在保證協(xié)同效率的情況下還兼顧了數(shù)據(jù)安全。

　　5- 用戶使用習(xí)慣

　　半導(dǎo)體行業(yè)是一個(gè)IT技術(shù)相對(duì)保守的行業(yè)，這個(gè)行業(yè)采用了20多年的LSF來管理計(jì)算集群的方式，早已是行業(yè)主流，大部分可并行的EDA工具也原生集成了LSF，對(duì)大都數(shù)有經(jīng)驗(yàn)的IC工程師來說，通過LSF的方式下提交作業(yè)也是最習(xí)慣的工作方式。行業(yè)內(nèi)絕大多數(shù)的本地計(jì)算集群，都優(yōu)選采用的LSF進(jìn)行作業(yè)調(diào)度和集群管理。

　　前文中（《芯片設(shè)計(jì)上云-彈性計(jì)算篇》）我們闡述過LSF如何與公有云構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)化的彈性算力池的方法，尤其是CAD環(huán)境的6個(gè)方面，都與LSF有著深度的集成。

　　“CAD管理內(nèi)容的其他幾個(gè)方面，往往也都是基于這樣的底層架構(gòu)來進(jìn)行定制化管理，包括設(shè)計(jì)流程自動(dòng)化、EDA工具與調(diào)度工具的集成、設(shè)計(jì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理的標(biāo)準(zhǔn)化、License管理和調(diào)度等?！?/p>

　　保持透明的用戶習(xí)慣，對(duì)于初次上云的用戶來說，非常重要，否則會(huì)增加額外的成本和阻力。

　　1- STA上云

　　2018年起，我們接觸到了行業(yè)內(nèi)的一個(gè)大型企業(yè)的上云案例，針對(duì)這個(gè)案例進(jìn)行了深入的調(diào)研，尤其是對(duì)STA上云場(chǎng)景進(jìn)行了深入分析。在整個(gè)SOC設(shè)計(jì)流程中，STA的應(yīng)用場(chǎng)景，能最好地滿足以上五個(gè)關(guān)鍵因素。

　　高彈性：STA屬于可高并發(fā)的并行作業(yè)場(chǎng)景，例如，在STA中需要通過大量計(jì)算任務(wù)去校驗(yàn)設(shè)計(jì)的各種結(jié)果，根據(jù)芯片規(guī)模大小，往往會(huì)達(dá)到上萬次的并行計(jì)算，而在本地計(jì)算環(huán)境內(nèi)，受到物理容量的限制，是無法無限擴(kuò)展瞬間算力的，因此傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理模式下，往往需要通過在有限的本地計(jì)算集群中排隊(duì)處理。假如跑一次STA需要1小時(shí)，一萬個(gè)STA job在10臺(tái)服務(wù)器上需要排隊(duì)跑1000個(gè)小時(shí)。而在云上，可以充分利用彈性方法，開出更多臺(tái)機(jī)器，在最短的時(shí)間內(nèi)并發(fā)跑完所有的job。

　　低敏感：如表2中設(shè)計(jì)流程的輸入輸出文件的分析，STA在整個(gè)IC設(shè)計(jì)流程里面來說，數(shù)據(jù)敏感性偏低，把STA的相關(guān)數(shù)據(jù)放在云端對(duì)于傳統(tǒng)的研發(fā)用戶來說，是更容易接受的。

　　低交互：STA是比較滿足低交互的特征的，STA的輸入文件和輸出文件，可以單節(jié)點(diǎn)在云端進(jìn)行獨(dú)立的計(jì)算，而不需要大量的以及實(shí)時(shí)的線上線下數(shù)據(jù)交換，從而使得網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力幾乎沒有。而且STA的計(jì)算結(jié)果是波形文件，絕大多數(shù)情況下是不需要下載到本地的。

　　易協(xié)同：如前所述，集中的設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)于多團(tuán)隊(duì)的協(xié)同研發(fā)場(chǎng)景是最為簡(jiǎn)便的基礎(chǔ)架構(gòu)方法，云端的超大算力池空間為集中的設(shè)計(jì)平臺(tái)提供了更為簡(jiǎn)便的選擇。

　　使用習(xí)慣：如前面發(fā)布的彈性算力文章，在云端的芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)，跟本地的設(shè)計(jì)環(huán)境可以做到完全相同架構(gòu)，對(duì)計(jì)算集群的管理統(tǒng)一通過LSF作業(yè)調(diào)度來進(jìn)行。對(duì)于研發(fā)用戶來說，在云上和本地，是完全無感透明的用戶體驗(yàn)，通過bsub去統(tǒng)一提交作業(yè)，LSF可以自行來進(jìn)行Multi-Cluster的調(diào)度管理。

　　從這5大因素分析來看，此次這個(gè)大廠選擇STA這個(gè)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)上云正是一個(gè)最為穩(wěn)妥安全的選擇。

　　2- Start-up設(shè)計(jì)公司的最優(yōu)選擇 - 全云方案

　　如本文開始所說，大量start-up的設(shè)計(jì)公司也會(huì)選擇“芯片設(shè)計(jì)上云”，其動(dòng)力主要來自于成本和效率兩個(gè)方面。現(xiàn)在很多的start-up小型公司呈現(xiàn)出這樣一些特征：

　　人員規(guī)模不大，但是站點(diǎn)較多，有些可能還有國(guó)外的設(shè)計(jì)人員

　　啟動(dòng)資金有限，自建機(jī)房負(fù)擔(dān)較重

　　需要馬上開始芯片設(shè)計(jì)，芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)交付周期緊

　　沒有專職的IT/CAD人員，對(duì)設(shè)計(jì)平臺(tái)如何搭建缺乏專業(yè)知識(shí)

　　公司初期辦公地點(diǎn)不定，可能會(huì)經(jīng)常搬家

　　“芯片設(shè)計(jì)上云”全云方案就能非常好的滿足以上需求。以下是一個(gè)初創(chuàng)公司的全云方案：

　　此全云方案提供了完整的行業(yè)三層網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)，并包含可擴(kuò)展的彈性算力集群+存儲(chǔ)以及成熟的數(shù)據(jù)傳輸方案，對(duì)于終端用戶來說使用習(xí)慣和之前完全保持了一致，用戶可以從各個(gè)地方通過internet連接進(jìn)入“云端”的設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。

　　此方案使得用戶可以在每年十幾萬基礎(chǔ)設(shè)施投資的情況下，并在不到一周的時(shí)間拿到設(shè)計(jì)環(huán)境，這對(duì)于很多start-up設(shè)計(jì)公司來講是非常有幫助的，此方案也將“云計(jì)算”的精髓-- “萬物皆服務(wù)”發(fā)揮得淋漓盡致。

　　當(dāng)然，EDA云計(jì)算方案和上云場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)關(guān)系也不是絕對(duì)的，還是要根據(jù)企業(yè)的整體芯片項(xiàng)目規(guī)劃來綜合進(jìn)行決策，因此大量而細(xì)致的調(diào)研工作和詳細(xì)的上云規(guī)劃是“芯片設(shè)計(jì)上云”是否能夠成功的關(guān)鍵，對(duì)于每個(gè)芯片設(shè)計(jì)公司來說，其上云路徑和方案都是需要量身定做的，比如：在計(jì)算節(jié)點(diǎn)的選型上，方案需要根據(jù)芯片類型和作業(yè)特征來選擇云上最合適的機(jī)型。在這里，摩爾精英IT/CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)事業(yè)部總結(jié)了這幾年提供的“芯片設(shè)計(jì)上云”服務(wù)的經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行分享，希望給行業(yè)上云提供一些有用的參考。