如今，在先進(jìn)人工智能（AI）和5G應(yīng)用的推動(dòng)下，Multi-Die系統(tǒng)正在幫助我們實(shí)現(xiàn)又一次的重大飛躍。

為了滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的計(jì)算資源的需求，原先通過(guò)部署本地服務(wù)器的方法因其費(fèi)用昂貴且安裝耗時(shí)耗力已不可行。面對(duì)成本壓力、不斷縮小的市場(chǎng)窗口以及市場(chǎng)對(duì)更高性能和更多功能的需求，本地存儲(chǔ)已經(jīng)成為許多企業(yè)再也無(wú)法承受的負(fù)擔(dān)。在云端進(jìn)行IC設(shè)計(jì)并通過(guò)彈性調(diào)整滿(mǎn)足計(jì)算資源需求的時(shí)代已然到來(lái)。

作為臺(tái)積公司開(kāi)放創(chuàng)新平臺(tái)（Open Innovation Platform，OIP）生態(tài)系統(tǒng)的一部分，新思科技最近與臺(tái)積公司和微軟合作開(kāi)展了一項(xiàng)測(cè)試，使用新思科技IC Validator物理驗(yàn)證在Microsoft Azure云中對(duì)臺(tái)積公司N3E工藝執(zhí)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）。

設(shè)計(jì)規(guī)則檢查的運(yùn)行時(shí)間顯著縮短

我們?yōu)楹芜x擇DRC作為測(cè)試用例？因?yàn)镈RC可以確保設(shè)計(jì)正確運(yùn)行并能在代工廠中制造。但使用傳統(tǒng)的本地計(jì)算資源執(zhí)行DRC會(huì)占用許多時(shí)間，尤其是在設(shè)計(jì)變得越來(lái)越大和越來(lái)越復(fù)雜的情況下。

同時(shí)，工藝規(guī)則的數(shù)量往往會(huì)隨著設(shè)計(jì)的規(guī)模變大，逐步增加。如今許多設(shè)計(jì)中的工藝規(guī)則可能多達(dá)數(shù)千條，增加的設(shè)計(jì)復(fù)雜性導(dǎo)致驗(yàn)證步驟數(shù)以百計(jì)。對(duì)于擁有數(shù)十億個(gè)晶體管的Multi-Die系統(tǒng)，DRC或電路布局驗(yàn)證（LVS）作業(yè)可能要運(yùn)行數(shù)天時(shí)間，并要用到數(shù)百個(gè)CPU內(nèi)核。

因此，在算力集群的超算中心里，先進(jìn)芯片和先進(jìn)算力之間并不是劃等號(hào)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(lài)光模塊、存儲(chǔ)等芯片的支持。

由于上市時(shí)間（TTM）窗口日益縮小，需要的算力進(jìn)一步增加，且隨著制程節(jié)點(diǎn)從7nm發(fā)展到5nm、3nm甚至更小，進(jìn)行物理驗(yàn)證愈來(lái)愈有挑戰(zhàn)性。例如，在3nm工藝中，一個(gè)運(yùn)行集就可能包含超過(guò)15,000條復(fù)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(jì)算操作。因此，全芯片DRC簽核僅一次迭代就可能需要數(shù)萬(wàn)CPU小時(shí)。雖然物理驗(yàn)證一直是計(jì)算密集型工作，但當(dāng)今設(shè)計(jì)的規(guī)模和復(fù)雜性將這一挑戰(zhàn)提升到了一個(gè)全新的高度。

運(yùn)行DRC和LVS作業(yè)存在串行依賴(lài)性，這意味著購(gòu)買(mǎi)更多算力并不一定能保證運(yùn)行時(shí)間更短。IC驗(yàn)證需要一定的計(jì)算規(guī)模，因此在串行操作期間，一些算力有時(shí)會(huì)閑置。如果不想辦法針對(duì)這種情況并優(yōu)化計(jì)算資源，開(kāi)發(fā)者就得為那些未使用的資源付費(fèi)，甚至影響到最終的利潤(rùn)。

使用云計(jì)算進(jìn)行IC驗(yàn)證可以幫助開(kāi)發(fā)者避免這種情況。通過(guò)云端驗(yàn)證，開(kāi)發(fā)者可以有效地調(diào)整規(guī)?！獜臄?shù)百個(gè)本地CPU內(nèi)核到數(shù)千個(gè)云端CPU內(nèi)核。這種彈性為開(kāi)發(fā)者提供了靈活性、敏捷性和擴(kuò)展性，讓開(kāi)發(fā)者可以?xún)H在需要時(shí)使用所需的計(jì)算資源。運(yùn)行集內(nèi)的DRC可以分布到多個(gè)內(nèi)核上并行運(yùn)行，從而優(yōu)化計(jì)算資源，節(jié)省時(shí)間和成本。

云端IC設(shè)計(jì)如何使驗(yàn)證運(yùn)行時(shí)間減少65%

通過(guò)本次新思科技、臺(tái)積公司與微軟之間的合作，我們對(duì)照本地驗(yàn)證評(píng)估了云端驗(yàn)證。我們將臺(tái)積公司的工藝設(shè)計(jì)套件（PDK）和DRC上傳到了Synopsys Cloud環(huán)境中來(lái)啟動(dòng)測(cè)試，同時(shí)根據(jù)新思科技IC Validator（Synopsys Cloud環(huán)境中一個(gè)用于物理驗(yàn)證的獨(dú)立應(yīng)用程序）中的設(shè)計(jì)類(lèi)型選擇了不同的、且?guī)в蓄A(yù)先選擇計(jì)算選項(xiàng)的資源。通過(guò)上傳運(yùn)行測(cè)試用例所需的腳本，并選擇Microsoft Azure實(shí)例——FX和Mdsv2計(jì)算以及用于共享存儲(chǔ)的Azure Netapp文件（ANF），然后點(diǎn)擊幾下，包含數(shù)百個(gè)CPU內(nèi)核的虛擬機(jī)（VM）集群就創(chuàng)建好了。

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

本地作業(yè)的實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)間為大約50小時(shí)，而云端作業(yè)時(shí)間減少到20小時(shí)以下，改善幅度為65%。此外，與在本地運(yùn)行測(cè)試相比，云端測(cè)試運(yùn)行的CPU小時(shí)數(shù)和成本降低了25%。

對(duì)于臺(tái)積公司N3E工藝，云端IC設(shè)計(jì)使運(yùn)行時(shí)間減少65%。

（圖源：臺(tái)積公司）

新思科技IC Validator是面向現(xiàn)代設(shè)計(jì)的物理驗(yàn)證工具

新思科技IC Validator是一款物理驗(yàn)證工具，可以在數(shù)千個(gè)CPU內(nèi)核之間分配作業(yè)。這項(xiàng)技術(shù)的核心是調(diào)度器，它將每個(gè)內(nèi)核的命令排隊(duì)，以使用DRC序列優(yōu)化文件位置。它還能估計(jì)和平衡所有內(nèi)核的內(nèi)存需求，盡可能地降低峰值磁盤(pán)使用率，動(dòng)態(tài)監(jiān)控每個(gè)內(nèi)核的負(fù)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(cuò)功能和真實(shí)延遲，所以它能檢測(cè)主機(jī)重啟、網(wǎng)絡(luò)和套接字故障、機(jī)器崩潰以及磁盤(pán)空間限制，并恢復(fù)文件。

IC Validator的動(dòng)態(tài)彈性CPU管理能夠與Load Sharing facility（LSF）和Sun Grid Engine（SGE）等常見(jiàn)作業(yè)排隊(duì)系統(tǒng)無(wú)縫協(xié)作。它可用于各種不同類(lèi)型的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，例如本地和云。它能夠加速時(shí)序收斂以滿(mǎn)足流片計(jì)劃，同時(shí)還會(huì)對(duì)資源和成本進(jìn)行優(yōu)化。與傳統(tǒng)DRC和LVS作業(yè)相比，它只需最多40%的計(jì)算資源，就能保持相似的性能。在資源和存儲(chǔ)按時(shí)間計(jì)費(fèi)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(shì)外，IC Validator不需要等到所有資源都可用后才開(kāi)始作業(yè)。它能夠以最少的資源開(kāi)始運(yùn)行，并在其余資源可用時(shí)再進(jìn)行使用。通過(guò)單根I/O虛擬化(SR-IOV) 技術(shù)，Azure的軟件定義網(wǎng)絡(luò)堆棧將能夠大比例地由CPU分流至FPGA智能網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）完成處理。綜合Microsoft Azure CycleCloud和加速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，針對(duì)虛擬機(jī)和更高的數(shù)據(jù)吞吐量的優(yōu)化資源擴(kuò)展將得到有效保障。

確保云端EDA的安全

除了時(shí)間和成本上的所有優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)者還可以采取措施來(lái)確保系統(tǒng)得到適當(dāng)保護(hù)，從而保證云端EDA安全無(wú)虞。開(kāi)發(fā)者應(yīng)及時(shí)了解最新標(biāo)準(zhǔn)，并確保及時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)。擁有管理良好且隔離的虛擬網(wǎng)絡(luò)（VNET）是其中的關(guān)鍵。