如今，在先進人工智能（AI）和5G應用的推動下，Multi-Die系統(tǒng)正在幫助我們實現(xiàn)又一次的重大飛躍。

為了滿足不斷增長的計算資源的需求，原先通過部署本地服務器的方法因其費用昂貴且安裝耗時耗力已不可行。面對成本壓力、不斷縮小的市場窗口以及市場對更高性能和更多功能的需求，本地存儲已經(jīng)成為許多企業(yè)再也無法承受的負擔。在云端進行IC設計并通過彈性調(diào)整滿足計算資源需求的時代已然到來。

作為臺積公司開放創(chuàng)新平臺（Open Innovation Platform，OIP）生態(tài)系統(tǒng)的一部分，新思科技最近與臺積公司和微軟合作開展了一項測試，使用新思科技IC Validator物理驗證在Microsoft Azure云中對臺積公司N3E工藝執(zhí)行設計規(guī)則檢查（DRC）。

設計規(guī)則檢查的運行時間顯著縮短

我們?yōu)楹芜x擇DRC作為測試用例？因為DRC可以確保設計正確運行并能在代工廠中制造。但使用傳統(tǒng)的本地計算資源執(zhí)行DRC會占用許多時間，尤其是在設計變得越來越大和越來越復雜的情況下。

同時，工藝規(guī)則的數(shù)量往往會隨著設計的規(guī)模變大，逐步增加。如今許多設計中的工藝規(guī)則可能多達數(shù)千條，增加的設計復雜性導致驗證步驟數(shù)以百計。對于擁有數(shù)十億個晶體管的Multi-Die系統(tǒng)，DRC或電路布局驗證（LVS）作業(yè)可能要運行數(shù)天時間，并要用到數(shù)百個CPU內(nèi)核。

因此，在算力集群的超算中心里，先進芯片和先進算力之間并不是劃等號的，算力芯片只是提供了算力，而要高效利用算力還需要依賴光模塊、存儲等芯片的支持。

由于上市時間（TTM）窗口日益縮小，需要的算力進一步增加，且隨著制程節(jié)點從7nm發(fā)展到5nm、3nm甚至更小，進行物理驗證愈來愈有挑戰(zhàn)性。例如，在3nm工藝中，一個運行集就可能包含超過15,000條復雜規(guī)則，而執(zhí)行這些規(guī)則需要10倍于此數(shù)量的DRC計算操作。因此，全芯片DRC簽核僅一次迭代就可能需要數(shù)萬CPU小時。雖然物理驗證一直是計算密集型工作，但當今設計的規(guī)模和復雜性將這一挑戰(zhàn)提升到了一個全新的高度。

運行DRC和LVS作業(yè)存在串行依賴性，這意味著購買更多算力并不一定能保證運行時間更短。IC驗證需要一定的計算規(guī)模，因此在串行操作期間，一些算力有時會閑置。如果不想辦法針對這種情況并優(yōu)化計算資源，開發(fā)者就得為那些未使用的資源付費，甚至影響到最終的利潤。

使用云計算進行IC驗證可以幫助開發(fā)者避免這種情況。通過云端驗證，開發(fā)者可以有效地調(diào)整規(guī)?！獜臄?shù)百個本地CPU內(nèi)核到數(shù)千個云端CPU內(nèi)核。這種彈性為開發(fā)者提供了靈活性、敏捷性和擴展性，讓開發(fā)者可以僅在需要時使用所需的計算資源。運行集內(nèi)的DRC可以分布到多個內(nèi)核上并行運行，從而優(yōu)化計算資源，節(jié)省時間和成本。

云端IC設計如何使驗證運行時間減少65%

通過本次新思科技、臺積公司與微軟之間的合作，我們對照本地驗證評估了云端驗證。我們將臺積公司的工藝設計套件（PDK）和DRC上傳到了Synopsys Cloud環(huán)境中來啟動測試，同時根據(jù)新思科技IC Validator（Synopsys Cloud環(huán)境中一個用于物理驗證的獨立應用程序）中的設計類型選擇了不同的、且?guī)в蓄A先選擇計算選項的資源。通過上傳運行測試用例所需的腳本，并選擇Microsoft Azure實例——FX和Mdsv2計算以及用于共享存儲的Azure Netapp文件（ANF），然后點擊幾下，包含數(shù)百個CPU內(nèi)核的虛擬機（VM）集群就創(chuàng)建好了。

只需幾個小時，我們的實驗流程就已準備好執(zhí)行。我們快速執(zhí)行了一個大型測試用例，以便比較使用臺積公司N3E工藝的作業(yè)在云端運行與在臺積公司本地運行的結(jié)果。所有結(jié)果（云端和本地）都使用異或運算保存在GDSII文件中，兩次運行的任何錯誤必須完全匹配才能得到清晰的結(jié)果。

本地作業(yè)的實時運行時間為大約50小時，而云端作業(yè)時間減少到20小時以下，改善幅度為65%。此外，與在本地運行測試相比，云端測試運行的CPU小時數(shù)和成本降低了25%。

對于臺積公司N3E工藝，云端IC設計使運行時間減少65%。

（圖源：臺積公司）

新思科技IC Validator是面向現(xiàn)代設計的物理驗證工具

新思科技IC Validator是一款物理驗證工具，可以在數(shù)千個CPU內(nèi)核之間分配作業(yè)。這項技術(shù)的核心是調(diào)度器，它將每個內(nèi)核的命令排隊，以使用DRC序列優(yōu)化文件位置。它還能估計和平衡所有內(nèi)核的內(nèi)存需求，盡可能地降低峰值磁盤使用率，動態(tài)監(jiān)控每個內(nèi)核的負載，并調(diào)整系統(tǒng)以提高內(nèi)核和內(nèi)存的利用率。它采用異構(gòu)配置并具有容錯功能和真實延遲，所以它能檢測主機重啟、網(wǎng)絡和套接字故障、機器崩潰以及磁盤空間限制，并恢復文件。

IC Validator的動態(tài)彈性CPU管理能夠與Load Sharing facility（LSF）和Sun Grid Engine（SGE）等常見作業(yè)排隊系統(tǒng)無縫協(xié)作。它可用于各種不同類型的計算網(wǎng)絡，例如本地和云。它能夠加速時序收斂以滿足流片計劃，同時還會對資源和成本進行優(yōu)化。與傳統(tǒng)DRC和LVS作業(yè)相比，它只需最多40%的計算資源，就能保持相似的性能。在資源和存儲按時間計費的云環(huán)境下，這樣操作也可以節(jié)約成本。

除了以上優(yōu)勢外，IC Validator不需要等到所有資源都可用后才開始作業(yè)。它能夠以最少的資源開始運行，并在其余資源可用時再進行使用。通過單根I/O虛擬化(SR-IOV) 技術(shù)，Azure的軟件定義網(wǎng)絡堆棧將能夠大比例地由CPU分流至FPGA智能網(wǎng)絡接口卡（NIC）完成處理。綜合Microsoft Azure CycleCloud和加速網(wǎng)絡技術(shù)的支持，針對虛擬機和更高的數(shù)據(jù)吞吐量的優(yōu)化資源擴展將得到有效保障。

確保云端EDA的安全

除了時間和成本上的所有優(yōu)勢，開發(fā)者還可以采取措施來確保系統(tǒng)得到適當保護，從而保證云端EDA安全無虞。開發(fā)者應及時了解最新標準，并確保及時更新網(wǎng)絡安全系統(tǒng)。擁有管理良好且隔離的虛擬網(wǎng)絡（VNET）是其中的關(guān)鍵。