作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心，芯片技術(shù)復(fù)雜，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高度專業(yè)化。隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的迅速擴(kuò)張，產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，分工模式進(jìn)一步細(xì)化。目前芯片市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)鏈為：IC設(shè)計(jì)研發(fā)、IC制造和IC封裝測(cè)試等三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣，且各個(gè)環(huán)節(jié)都要達(dá)到制造精密度的巔峰。

三大環(huán)關(guān)鍵節(jié)中，IC設(shè)計(jì)處于產(chǎn)業(yè)鏈上游，其核心是EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）。EDA是集成電路產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能性能的源頭，從仿真、綜合到版圖，從前端到后端，從模擬到數(shù)字再到混合設(shè)計(jì)，以及后面的工藝制造等，EDA涵蓋了IC設(shè)計(jì)、布線、驗(yàn)證和仿真等所有方面，在整個(gè)芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)鏈中具有舉足輕重的作用。

由于中國(guó)EDA行業(yè)起步較晚，整體市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較小，疊加美國(guó)對(duì)中國(guó)企業(yè)EDA出口限制等因素，短時(shí)間內(nèi)會(huì)影響國(guó)內(nèi)芯片企業(yè)的設(shè)計(jì)能力。但國(guó)家和市場(chǎng)高度重視EDA行業(yè)，已經(jīng)在EDA軟件領(lǐng)域展開戰(zhàn)略布局，《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》將集成電路列為七大科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)的第三位，EDA的攻關(guān)更是位列集成電路之首，自主可控的國(guó)產(chǎn)EDA軟件有望快速崛起，市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步增長(zhǎng)。

從全球科技產(chǎn)業(yè)周期的角度來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)，人工智能和虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的新機(jī)遇使得整個(gè)集成電路生產(chǎn)周期各階段的半導(dǎo)體公司都能受益，但擁有性能更強(qiáng)、技術(shù)更先進(jìn)的EDA設(shè)計(jì)平臺(tái)將助推客戶設(shè)計(jì)出更好的芯片并快速推向市場(chǎng)，特別是智能手機(jī)、智能汽車領(lǐng)域?qū)Ω叨诵酒男枨笈c日俱增，對(duì)設(shè)計(jì)復(fù)雜度以及可靠性的要求也大幅提高，使得EDA平臺(tái)性能的重要性愈發(fā)突出。

芯片設(shè)計(jì)不僅是半導(dǎo)體全流程中銷售額占比最高，增速最快的環(huán)節(jié)，也是半導(dǎo)體芯片制造全域中耗時(shí)最久的周期環(huán)節(jié)。一款芯片從設(shè)計(jì)到投放市場(chǎng)平均需要24~30個(gè)月，其中研發(fā)設(shè)計(jì)用時(shí)12~18個(gè)月，EDA研發(fā)設(shè)計(jì)中的驗(yàn)證仿真就占7成左右的研發(fā)時(shí)間，原因是EDA芯片設(shè)計(jì)工作流程是計(jì)算密集型負(fù)載，設(shè)計(jì)仿真是一個(gè)近乎“無(wú)限”的模擬空間。隨著設(shè)備中寄存器和存儲(chǔ)元件數(shù)量的增加，模擬芯片的功能和性能是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，大型片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能有數(shù)10億個(gè)晶體管，大量狀態(tài)需要驗(yàn)證。一次全芯片仿真往往需要數(shù)以星期計(jì)的時(shí)間，嚴(yán)重制約設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。所以，設(shè)計(jì)人員需要使用多種加速技術(shù)來(lái)最大化覆蓋范圍并確保正確的實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。

從技術(shù)層面看，由于逆光刻技術(shù)（ILT）的廣泛應(yīng)用，7nm及以下的圖形特征尺寸方面要求更高的精度和工藝余量，必須解決阻止ILT大規(guī)模采用所面臨的計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、特定于曲線OPC的掩模規(guī)則檢查（MRC）、較大的布局文件大小等問(wèn)題。現(xiàn)在GPU光刻模擬方面取得的進(jìn)步比傳統(tǒng)CPU計(jì)算的速度提高了10倍以上，機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）通過(guò)學(xué)習(xí)現(xiàn)有解決方案，進(jìn)一步加快了ILT模型的速度。另外，下一代光刻機(jī)變得越來(lái)越昂貴，因此，通過(guò)ILT從現(xiàn)有光刻機(jī)中提取新的價(jià)值和性能是一個(gè)更具吸引力的選擇。

EDA+GPU整體解決方案介紹

NADDOD納多德作為NVIDIA網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的Elite Partner (精英合作伙伴)、Inception初創(chuàng)加速計(jì)劃成員，根據(jù)自身技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)資源優(yōu)勢(shì)和對(duì)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的深入洞察，針對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的緊迫現(xiàn)狀，推出針對(duì)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的EDA+GPU服務(wù)器軟硬件一體化方案，利用HPC+渲染（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)）+ ML/DL的統(tǒng)一加速體系結(jié)構(gòu)，提供大量高效的計(jì)算能力，助力芯片的設(shè)計(jì)與制造，提高掩模圖案和缺陷檢測(cè)應(yīng)用的速度和效率，大幅提升EDA平臺(tái)性能的快速擴(kuò)展，讓芯片設(shè)計(jì)更加高效、智能。

整體解決方案架構(gòu)如下圖所示，NADDOD納多德提供從底層的硬件（光聯(lián)接、交換機(jī)，GPU服務(wù)器）、軟件平臺(tái)（CUDA-X/DOCA ）再到EDA/OPC軟件的整體解決方案，為芯片設(shè)計(jì)行業(yè)加速發(fā)展深度賦能。

在GPU產(chǎn)品方面，以NVIDIA DGX A100為例，它適用于所有AI工作負(fù)載的通用系統(tǒng)，在全球首個(gè)5 PetaFLOPS AI系統(tǒng)中提供前所未有的計(jì)算密度、性能和靈活性。DGX A100采用NVIDIA A100 Tensor Core GPU，使企業(yè)能夠?qū)⒂?xùn)練、推理和分析整合到一個(gè)統(tǒng)一的、易于部署的AI 基礎(chǔ)架構(gòu)中，包括直接訪問(wèn)NVIDIA AI專家。

基于NVIDIA DGX A100構(gòu)建的AI系統(tǒng)

EDA軟件

在EDA產(chǎn)品方面，NADDOD納多德通過(guò)與EDA供應(yīng)商深度合作，形成了EDA+GPU服務(wù)器軟硬件一體化解決方案，提供模擬電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具系統(tǒng)、數(shù)字電路設(shè)計(jì)EDA工具、平板顯示電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具、系統(tǒng)和晶圓制造EDA工具等全系列EDA軟件產(chǎn)品。

在應(yīng)用方面，在NVIDIA V100 32GB GPU上，NVIDIA DGX與典型的CPU運(yùn)行相比，ILT計(jì)算的加速超過(guò)10倍。在光學(xué)和抗蝕劑建模的許多關(guān)鍵組件中，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)20倍的加速。目前，已在NVIDIA A100 80GB GPU 集群上使用內(nèi)部ILT引擎對(duì)關(guān)鍵層進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)模校準(zhǔn)和測(cè)試。

基于GPU的ILT加速

為EDA平臺(tái)提供出色的性能支持

NADDOD納多德基于EDA+GPU服務(wù)器軟硬件一體化的芯片設(shè)計(jì)行業(yè)解決方案可幫助EDA平臺(tái)實(shí)現(xiàn)性能的快速擴(kuò)展，讓芯片設(shè)計(jì)更加高效、智能。采用 NVIDIA DGX軟件堆棧，憑借集成的AI軟件套件，可以簡(jiǎn)化大規(guī)模加速計(jì)算部署，將獲得工作成果所需的時(shí)間從幾個(gè)月縮短到幾小時(shí)，提高IT部署效率，降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。

另外，DGX通過(guò)不斷優(yōu)化軟件來(lái)減少訓(xùn)練時(shí)間，在MLPerf 0.6基準(zhǔn)測(cè)試中創(chuàng)造了八項(xiàng)性能記錄。利用超強(qiáng)的GPU計(jì)算性能和深度學(xué)習(xí)（DL）的最新進(jìn)展，顯著減少了EDA軟件復(fù)雜計(jì)算算法所需的時(shí)間。

利用EDA軟件所支持的通用文件格式，解決ILT較大的布局文件大小。同時(shí)NADDOD納多德提供的端到端EDA解決方案，包括CPU/GPU服務(wù)器、高性能存儲(chǔ)系統(tǒng)、高速交換網(wǎng)絡(luò)、作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)、數(shù)據(jù)備份保護(hù)、遠(yuǎn)程虛擬化接入及集群構(gòu)建在內(nèi)的整體解決方案交付，最終實(shí)現(xiàn)一體化構(gòu)建EDA基礎(chǔ)架構(gòu)。

EDA+GPU服務(wù)器軟硬件一體化解決方案還可在EDA工具層面，針對(duì)GPU硬件特性進(jìn)行深度、定制化的優(yōu)化。通過(guò)調(diào)整EDA并行算法中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、并行顆粒以及調(diào)度流程，最大程度挖掘GPU的加速性能，同時(shí)減輕用戶負(fù)擔(dān)，提高部署效率，為用戶提供最大化的價(jià)值。

審核編輯 黃昊宇