作者 王樹桐

微軟客戶工程師

電子設(shè)計自動化（英語：Electronic design automation，縮寫：EDA）是指利用計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件，來完成超大規(guī)模集成電路（VLSI）芯片的功能設(shè)計、綜合、驗證、物理設(shè)計（包括布局、布線、版圖、設(shè)計規(guī)則檢查等）等流程的設(shè)計方式。在傳統(tǒng)芯片設(shè)計環(huán)境中，計算平臺是核心職能之一，它依賴IT硬件底層的支撐，滿足更高效、安全的大量EDA計算的需要。然而，隨著應(yīng)用需求的發(fā)展，以及設(shè)計復(fù)雜性的提升，這樣的芯片設(shè)計環(huán)境的不足愈加凸出。具體包括：IT資源不足、數(shù)據(jù)安全擔憂、機器負載不均衡、仿真速度慢、圖形界面卡頓、項目環(huán)境不一致、運維工作量大、技術(shù)支持困難、服務(wù)器配置不一致以及協(xié)同困難 等等問題。這些問題往往會對芯片設(shè)計工作效率造成持續(xù)影響。

從云計算的角度來看，Azure 作為 HPC 平臺提供的安全性、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的云服務(wù)中進行選擇，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)級芯片設(shè)計工作。

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)體組裝和測試）和系統(tǒng)集成商（實施顧問）。

解決常見行業(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)計工作流

復(fù)雜芯片設(shè)計過程中的每個步驟（從前端設(shè)計的初始規(guī)范到后端設(shè)計的最終 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)計和協(xié)作環(huán)境，使得團隊擁有最佳產(chǎn)出。Azure 還提供了一些機制來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

使用軟件進行仿真模擬，前端設(shè)計能夠從規(guī)范式形式轉(zhuǎn)向邏輯驗證設(shè)計。與軟件研發(fā)一樣，此階段是具有一些塊級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)通過提高團隊協(xié)作和敏捷實踐來改進設(shè)計周期。

圖 1.前端設(shè)計階段的步驟使用軟件仿真

當開發(fā)設(shè)計模塊時，團隊可以通過運行功能仿真來驗證設(shè)計元素的正確性。RTL（寄存器傳輸級）仿真使設(shè)計人員能夠確認設(shè)計在邏輯上將按預(yù)期運行。為了最大限度地減少仿真時間，這些不同的設(shè)計元素在數(shù)十到數(shù)千個系統(tǒng)中并行仿真，具體取決于設(shè)計的規(guī)模和可用資源。Azure 具有近乎無限的計算資源，可以通過允許更多作業(yè)并行運行來加速驗證過程，從而縮短總周轉(zhuǎn)時間。

圖 2.EDA 軟件將邏輯設(shè)計映射到物理設(shè)計和代工流程

許多后端工作有非常大的計算和內(nèi)存需求。這些工作負載可以擴展到多核，并依靠高性能存儲來訪問龐大的數(shù)據(jù)集。對于許多產(chǎn)品團隊，甚至是大公司的產(chǎn)品團隊來說，維持如此大的內(nèi)核數(shù)量和內(nèi)存系統(tǒng)的可用性是一個非常大的挑戰(zhàn)。即使系統(tǒng)位于數(shù)據(jù)中心，保持訪問這幾個系統(tǒng)的可行性來運行大型后端工作仍是一個挑戰(zhàn)，這同時會限制這些工作負載的規(guī)模，從而延長周轉(zhuǎn)時間。

此類工作流非常適合在 Azure 上運行，可以在數(shù)小時內(nèi)啟動數(shù)千個內(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)計的 Azure 基礎(chǔ)架構(gòu)對計算和內(nèi)存密集型應(yīng)用程序進行了優(yōu)化，用高性能文件系統(tǒng)和高效的作業(yè)調(diào)度來支持這些應(yīng)用程序，來最大限度地提高 EDA 軟件許可投資的吞吐量和性能。圖 3 顯示了 Azure 上 EDA 的高級體系結(jié)構(gòu)，并介紹了計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)流程組件，這些組件將在本節(jié)中更詳細地介紹。

圖 3. 此高級體系結(jié)構(gòu)支持 Azure 上的 EDA 工作負荷

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類別，可滿足不同的工作負載要求。

Azure NetApp Files. 這種高性能的計量文件儲存服務(wù)讓用戶遷移和運行基于文件的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，以支持大型橫向擴展 HPC 集群。 HPC 緩存支持單個文件每秒高達 20 GiB 的讀取吞吐量，對元數(shù)據(jù)讀取請求提供微秒級響應(yīng)，并橫向擴展需要數(shù)百萬個文件和目錄的工作負載，從而減少對高需求讀取量的爭搶和網(wǎng)絡(luò)瓶頸。

Azure Blob storage. 憑借巨大的容量和可擴展性，Blob 存儲在熱、冷或存檔層中存儲了數(shù)百到數(shù)十億個對象，具體取決于數(shù)據(jù)訪問的頻率。 Azure Blob 存儲提供了一種更具成本效益的方式來存儲數(shù)十年的歷史設(shè)計數(shù)據(jù)，同時保持對該數(shù)據(jù)的即時可訪問性

Azure CycleCloud. 這是一個免費工具，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 個計算核心。

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中隨時可用。

03、遷移到Azure的步驟

Azure 提供了一種系統(tǒng)化的方法來支持當今的云遷移，以及一個有助于未來創(chuàng)新的平臺。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態(tài)地添加和刪除資源，并只需為所需的部分付費 。Azure 還提供可靠的安全性，幫助保護其芯片知識產(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，或者將整個工作遷移到 Azure 中。

開始的六個步驟

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。我們建議采用六步過程來開始使用 Azure：

1 對軟件和工作負載進行編目。

2 對性能或工作負荷進行分類。

3 定義在 Azure 中移動到工作流或啟動工作流的成功條件。

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。