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)計上云系列文章中，我們曾經(jīng)詳細(xì)闡述了芯片上云的動力和趨勢（《芯片上“云”的動力》）。從今年下半年起，我們就切實地感受到這一波芯片設(shè)計上云大潮正撲面而來，國內(nèi)也漸漸出現(xiàn)了一批上云的芯片設(shè)計公司。

　　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，他們上云的動力偏向于彈性算力和敏捷運維；另一部分是尾部的初創(chuàng)小型企業(yè)，他們上云的動力則偏向于快速獲取標(biāo)準(zhǔn)完整的芯片設(shè)計環(huán)境從而靈活高效地開始進行芯片開發(fā)工作?？梢灶A(yù)見，2022年將會是國內(nèi)芯片設(shè)計上云的第一個小高潮，“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”已經(jīng)在芯片設(shè)計行業(yè)悄然拉開了序幕。

　　如上所述，不同類型的芯片設(shè)計公司對芯片上云的原動力決定了他們將會采用不同的EDA云計算方案。因此采用什么云計算方案以及如何上云是很多芯片設(shè)計公司現(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行：

　　芯片設(shè)計上云的方法論和傳統(tǒng)的芯片設(shè)計平臺建設(shè)方法論類似，都是“調(diào)研&規(guī)劃-->建設(shè)&執(zhí)行-->運營&優(yōu)化”的這樣一個可持續(xù)發(fā)展和優(yōu)化的流程，不同之處在于“芯片設(shè)計上云”在前期的“調(diào)研&規(guī)劃”中對各種需求評估和方案制定會涉及到更多的“云計算”技術(shù)和“公有云”商務(wù)條款，因此，芯片設(shè)計公司或者芯片設(shè)計上云服務(wù)商需要具備這些技術(shù)和商務(wù)知識，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)計公司，都希望借著“芯片設(shè)計上云”的東風(fēng)在云端獲得成本優(yōu)化的高效安全設(shè)計環(huán)境，但是正如之前《芯片設(shè)計上云-挑戰(zhàn)篇》所述，“安全”、“效率”和“成本”這三個要素不可兼得，在“調(diào)研&規(guī)劃”階段必須深入了解設(shè)計上云原因給出適合的EDA云計算方案，使得上述三個因素達到最佳平衡。

　　EDA上云的用戶視角

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

　　EDA云計算方案決定因素

　　從用戶視角來看，設(shè)計公司內(nèi)部不同的用戶對上云的關(guān)注點有所不同：

　　芯片設(shè)計團隊對這五大因素的訴求直接決定了最終的EDA云計算方案。

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

　　中大型設(shè)計公司的最優(yōu)選擇 - 混合云方案

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

　　對于中大型設(shè)計公司來說，一個完整芯片設(shè)計環(huán)境上云項目，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、運營優(yōu)化三個階段來實現(xiàn)。所謂“謀定而后動”，在做出芯片設(shè)計環(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景？

　　我們曾與很多設(shè)計團隊進行了廣泛的交流和深入調(diào)研，下面就針對這個問題展開分析。

　　EDA設(shè)計環(huán)境上云的場景分析

　　圖片

　　以一個典型的數(shù)字IC設(shè)計項目為例（14nm通信芯片設(shè)計），我們將會從上述的上云五大因素進行展開闡述。

　　1- 高彈性

　　芯片設(shè)計上云的主要動力之一就是高彈性，通過計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)計流程中各個階段的設(shè)計作業(yè)和設(shè)計數(shù)據(jù)特征如下：

　　由此可見SOC設(shè)計后端工作環(huán)節(jié)（PR、STA、后端仿真、功耗分析，PV等）的數(shù)據(jù)量大，運行時間長，需要大量的仿真計算和存儲資源。根據(jù)已有經(jīng)驗，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）。“芯片設(shè)計上云”方案必須提供彈性算力技術(shù)滿足設(shè)計高峰需求。

　　關(guān)于彈性計算的詳細(xì)介紹，請參考前文：芯片設(shè)計上云 ---彈性計算篇

　　2- 低敏感

　　實際上我們經(jīng)常與IC設(shè)計工程師探討上云話題的時候，他們的第一反應(yīng)往往是：“上云安全嗎？” 安全這個問題需要從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。

　　公有云平臺上運行著大量企業(yè)的系統(tǒng)，每天會面臨全球數(shù)以百萬計的網(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)來保證公有云平臺的數(shù)據(jù)安全；而企業(yè)的自建IT環(huán)境的安全感是因為此環(huán)境沒有受到全球網(wǎng)絡(luò)愛好者的“關(guān)注”，不會時常面臨這種安全的“考驗”，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)計數(shù)據(jù)的安全，設(shè)計數(shù)據(jù)的“敏感性”決定了安全級別，例如將RTL數(shù)據(jù)放到云上，用戶就會有心理上的不確定性，用戶需要絕對安全的“保險箱”來確保此類高敏感性的數(shù)據(jù)安全；而Netlist數(shù)據(jù)，則相對來說敏感性低了很多，存放位置可以相對更靈活。

　　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)計節(jié)點上云可以作為設(shè)計上云的第一步。

　　3-  低交互

　　公有云平臺需要企業(yè)用戶從網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端進行接入，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計算場景中，會有大量的實時海量小文件讀取同步發(fā)生，因此跨數(shù)據(jù)中心的實時計算數(shù)據(jù)傳遞幾乎是不可行的。

　　另外，從目前公有云對數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖召M策略來看，雖然數(shù)據(jù)“上傳”基本免費，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，因此，如何減少云上和云下數(shù)據(jù)“交互”，也是實現(xiàn)成本優(yōu)化的最重要的手段。

　　從這點來說，“芯片設(shè)計上云”混合云方案的基本原則是要找到“零交互”的設(shè)計節(jié)點并優(yōu)先上云。

　　表1和表2中也體現(xiàn)了此例中數(shù)字IC設(shè)計流程中各個節(jié)點的數(shù)據(jù)交互類型以及數(shù)據(jù)交互量，從而可以分析每個場景下需要通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交互的情況。一般來說，后端流程中的STA場景是比較典型的低交互場景，大量計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)往往需要多地團隊的協(xié)同作業(yè)，分散的數(shù)據(jù)中心和集中的數(shù)據(jù)中心一直是一個值得探討的問題。相對來說，集中的數(shù)據(jù)中心對于數(shù)據(jù)版本同步的要求要少很多，也更容易進行平臺維護和項目進程控制，更容易實現(xiàn)項目多地協(xié)同的需求。

　　但是對于中大型設(shè)計公司來說，一個集中數(shù)據(jù)中心容量有限，當(dāng)碰到項目資源需求高峰和利用先進制程進行產(chǎn)品升級設(shè)計時，將設(shè)計流程中的部分設(shè)計節(jié)點遷移到云上，利用公有云資源和“芯片設(shè)計上云”混合云方案的彈性算力實現(xiàn)集中數(shù)據(jù)中心的無縫擴展依然能很好的滿足項目組協(xié)同的需求。

　　目前比較有趣的一個現(xiàn)象是半導(dǎo)體行業(yè)非?；馃幔芏喙镜暮蠖硕祭猛獠抠Y源來完成，這種情況下，“芯片設(shè)計上云”混合云方案可以為這種設(shè)計公司的協(xié)作方快速提供一個可連通、相對數(shù)據(jù)隔離、并可控的設(shè)計環(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IT技術(shù)相對保守的行業(yè)，這個行業(yè)采用了20多年的LSF來管理計算集群的方式，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，對大都數(shù)有經(jīng)驗的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)的本地計算集群，都優(yōu)選采用的LSF進行作業(yè)調(diào)度和集群管理。

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

　　“CAD管理內(nèi)容的其他幾個方面，往往也都是基于這樣的底層架構(gòu)來進行定制化管理，包括設(shè)計流程自動化、EDA工具與調(diào)度工具的集成、設(shè)計環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)計數(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，對于初次上云的用戶來說，非常重要，否則會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)的一個大型企業(yè)的上云案例，針對這個案例進行了深入的調(diào)研，尤其是對STA上云場景進行了深入分析。在整個SOC設(shè)計流程中，STA的應(yīng)用場景，能最好地滿足以上五個關(guān)鍵因素。

　　高彈性：STA屬于可高并發(fā)的并行作業(yè)場景，例如，在STA中需要通過大量計算任務(wù)去校驗設(shè)計的各種結(jié)果，根據(jù)芯片規(guī)模大小，往往會達到上萬次的并行計算，而在本地計算環(huán)境內(nèi)，受到物理容量的限制，是無法無限擴展瞬間算力的，因此傳統(tǒng)的項目管理模式下，往往需要通過在有限的本地計算集群中排隊處理。假如跑一次STA需要1小時，一萬個STA job在10臺服務(wù)器上需要排隊跑1000個小時。而在云上，可以充分利用彈性方法，開出更多臺機器，在最短的時間內(nèi)并發(fā)跑完所有的job。

　　低敏感：如表2中設(shè)計流程的輸入輸出文件的分析，STA在整個IC設(shè)計流程里面來說，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)點在云端進行獨立的計算，而不需要大量的以及實時的線上線下數(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)計平臺對于多團隊的協(xié)同研發(fā)場景是最為簡便的基礎(chǔ)架構(gòu)方法，云端的超大算力池空間為集中的設(shè)計平臺提供了更為簡便的選擇。

　　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)計平臺，跟本地的設(shè)計環(huán)境可以做到完全相同架構(gòu)，對計算集群的管理統(tǒng)一通過LSF作業(yè)調(diào)度來進行。對于研發(fā)用戶來說，在云上和本地，是完全無感透明的用戶體驗，通過bsub去統(tǒng)一提交作業(yè)，LSF可以自行來進行Multi-Cluster的調(diào)度管理。

　　從這5大因素分析來看，此次這個大廠選擇STA這個設(shè)計節(jié)點上云正是一個最為穩(wěn)妥安全的選擇。

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

　　如本文開始所說，大量start-up的設(shè)計公司也會選擇“芯片設(shè)計上云”，其動力主要來自于成本和效率兩個方面。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，但是站點較多，有些可能還有國外的設(shè)計人員

　　啟動資金有限，自建機房負(fù)擔(dān)較重

　　需要馬上開始芯片設(shè)計，芯片設(shè)計平臺交付周期緊

　　沒有專職的IT/CAD人員，對設(shè)計平臺如何搭建缺乏專業(yè)知識

　　公司初期辦公地點不定，可能會經(jīng)常搬家

　　“芯片設(shè)計上云”全云方案就能非常好的滿足以上需求。以下是一個初創(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)，并包含可擴展的彈性算力集群+存儲以及成熟的數(shù)據(jù)傳輸方案，對于終端用戶來說使用習(xí)慣和之前完全保持了一致，用戶可以從各個地方通過internet連接進入“云端”的設(shè)計平臺進行設(shè)計工作。

　　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，并在不到一周的時間拿到設(shè)計環(huán)境，這對于很多start-up設(shè)計公司來講是非常有幫助的，此方案也將“云計算”的精髓-- “萬物皆服務(wù)”發(fā)揮得淋漓盡致。

　　當(dāng)然，EDA云計算方案和上云場景的對應(yīng)關(guān)系也不是絕對的，還是要根據(jù)企業(yè)的整體芯片項目規(guī)劃來綜合進行決策，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)計上云”是否能夠成功的關(guān)鍵，對于每個芯片設(shè)計公司來說，其上云路徑和方案都是需要量身定做的，比如：在計算節(jié)點的選型上，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型。在這里，摩爾精英IT/CAD設(shè)計平臺事業(yè)部總結(jié)了這幾年提供的“芯片設(shè)計上云”服務(wù)的經(jīng)驗并進行分享，希望給行業(yè)上云提供一些有用的參考。