2022 年會是雲端晶片設計元年嗎?

2022 年會是雲端晶片設計元年嗎?

試想一下,若再也無法使用 Netflix 觀賞電影、無法透過 Paypal 支付網購的款項,甚至無法遠端工作,將會是怎麼樣的情況呢?而這就是沒有雲端運算的樣貌。

雲端運算的概念在絕大多數產業和企業中已經根深蒂固,從 IT 專業人員、開發人員到高階主管,所有人都認同透過公用雲服務提供者來託管並維護最重要的資料和運算資源是明智之舉。的確,如果 Amazon、Google 和 Microsoft 等公司沒有提供我們所依賴的各項具差異化的雲端服務模式,我們的日常生活將會截然不同。雲端運算的隨選性質,為各種類型與規模的公司提供更高的靈活度與經濟效益。

不過,儘管電子產業與半導體產業是實現更普遍、更高效能且更安全的雲端解決方案的基礎,但在這兩個產業中接受及採用雲端模式的速度反倒是特別緩慢。IP 安全性的隱憂、高度專化應用的效能需求,以及希望能持續掌控事物的主流意見,這三個因素使雲端運算難以被尖端晶片與電子系統設計人員廣泛接受。

由於需要更大型、品質更好的晶片是主流趨勢,人們的思維方式也開始產生變化。 晶片設計的創新,不只是推動 4G-5G-6G 通訊轉型的關鍵,也是在藥物研究、生物科學研究、環境建模、瞭解氣候變遷,或開發新能源與增加水資源方法等各項研究中,得以滿足大數據處理需求的關鍵。這些先進且需要大量運算的應用,都必須仰賴前所未見高度複雜的晶片與系統設計,而要設計這樣的晶片與系統,反過來也需要強大的運算主幹。

由於新思科技在促進雲端供應商開發高效能運算 (HPC) 系統單晶片(SoC) 方面扮演著關鍵角色,我們深知設計人員需要什麼樣的 EDA 工具才能針對 HPC 工作負載設計晶片。我們大幅優化了一些關鍵應用程式,使其能在雲端環境中高效運行,在託管晶片設計方面亦取得令人振奮的階段性成果和重大成就。儘管如此,在未來一年間,一連串的驅動因素很可能會大幅加速 EDA 工具軟體即服務 (SaaS) 模式的發展趨勢。

推動晶片設計採用雲端解決方案的驅動力是什麼?

傳統且保守的半導體產業,非常清楚雲端服務模式在其他產業中已取得顯著的成果。當《財富》500大公司與著名研究機構紛紛將其最重要的行銷、人力資源、財務、工程和其他重大營運資訊都放上雲端,晶片設計的決策者們也開始相信雲端能為他們發揮功效。事實上,雲端服務供應商為相關資源所提供的精細遙測、監測和控制功能,已經超越各企業在其本地資料中心所部署的安全機制。因此,儘管安全性問題依然不容忽視,但它已不再是最重要的議題。

科學研究、醫學研究、金融業或能源產業等需要高效能運算(HPC)的實例都證明,如果想要靈活運用最強大的資源,將全副馬力都放在本地資料中心已不再具有必要性、甚至不是最好的選擇。運算密集型的應用,大多數已可以在安全可靠的資料中心以相同的高效率執行運算,因此可降低管理費用,並為設計團隊提供更高的彈性。我們的客戶們已經使用雲端最佳化工具,在數位實作、資料庫特性化、簽核(sign-off)、客製化佈局和物理驗證方面取得顯著成功。我們已經藉由自身的經驗,見證了雲端運算工作的靈活性與彈性在諸多層面上的成效。

目前,有些關鍵事件正在促進晶片設計雲端化:

  • 超融合整合的系統複雜性以及摩爾定律的規模複雜性促使對超融合設計流程的需求,而這反過來又需要呈指數遞增的運算與 EDA 資源
  • 雲端服務供應商已擴增HPC 最佳化基礎架構的可用性可購入性,以及可應付此類工作負載的效能。
  • AI在設計流程與設計工具方面的應用日益廣泛,對於前述的兩個情境都能自然而然地發揮加乘效應。

半導體公司對於運算與管理必要資源的共享或託管模式,信心與信任度已經大幅提升。在安全態勢、身份管理和其他基礎架構方面的進步,讓工程團隊和管理人員得以跨越鴻溝,採用更靈活且更具成本效益的方法來支援他們的工程技術工作。

在半導體產業中,規模和效能更是主要驅動力。隨著晶片與系統的規模與複雜度日益提升,「取得更多運算資源」幾乎成為一種永遠無法滿足的需求。對企業來說,在公司內部架設並管理一個又一個伺服器是不切實際的;在某些情況下,例如大多數晶片設計驗證流程,對此類資源有週期性的需求,或許還有可能。因此,在有需要時才加入額外馬力的作法,即使是大型的公司也能獲得額外彈性和敏捷性;對快速成長的新創公司來說,無疑更是經濟實惠的方案。

雲端服務可以根據需要,為任何規模的公司和任何應用在安全環境中提供靈活的可擴充性設計與驗證功能。在晶片設計方面,工作團隊可以運用最先進的運算和儲存資源,降低自身的系統維護成本 (甚至完全免除成本),並在晶片設計流程特定階段內常見的使用率突發期利用更靈活的使用率模式來進行支援。為此,新思科技提供了一套功能強大的安全性工具來降低雲端環境中的風險。

雲端提供更多的協作與靈活性及更高的效率

無論你身處在哪個產業,傳統的工作模式在過去兩年間都可能已經產生永久性的改變。現今的遠距工作模式其實來自一般科技公司,而此模式在電子與晶片公司中更是行之有年。協作,一直以來都是電子設計領域的成功基石,而頂尖公司早就開始採用分散的勞動力模式—讓分散在全球各地的員工可利用遍及全球的卓越運算與技能組合中心,保持專案 24 小時不間斷地執行。

採用第三方託管的雲端中心模式則可以讓這個方法得到進一步提升,在某些情況下提供更佳的基礎架構讓團隊共享資訊、協作並存取他們當下需要的共享資源,同時,支援彈性的使用量峰值計費模式。這個彈性計費模式尤其適合運用在同時管理軟硬體設計的情況下;這在現今系統開發領域中,是非常重要的。

在大多數情況下,以雲端為基礎的模式最適合在運算資源潛在需求上遇到瓶頸的晶片設計,例如強力運算(brute force computation)凌駕於設計知識與技能的大規模驗證專案。此外,運算密集型任務(例如功率估算、雜訊分析和形式驗證)也可以透過雲端服務,在大規模分散式運算與儲存資源中,將其分解為多個小任務。舉例來說,這份白皮書便探討用於設計驗證的分散式運算模型的效率優勢。此模型除了能靈活運用強大的運算資源之外,還能針對雲端實作來優化設計協作任務,如大型回歸測試共享或共享資料庫。

EDA 工具雲端化的過程就好比是 EDA 工具優化全新多線程執行(multithread)和多處理架構的過渡期,雲端支援的分散式運算與儲存資源背後的原理也十分相似。未來,我們將看到更多優化EDA 工具適用於雲端的使用模式。

讓雲端模式更適合使用者和企業

確保最高等級的安全性和效能是實施雲端方法的重中之重,但從晶片設計的角度來看,這個模式在財務和使用者體驗方面也必須要合理才行。

舉例來說,在資料傳輸速度方面,雲端儲存必須能支援加速資料傳輸,資料傳輸流程要順暢,而且毋須付出額外心力或利用其他技術就能將資料移入或移出雲端。工具供應商需負責優化解決方案,利用快速資料傳輸功能提供最佳的使用者體驗。

儘管系統開發人員和晶片設計人員熟悉協作的模式,雲端實作中的一些細節仍需納入考量。EDA 工具特別需要針對這種應用進行最佳化。使用者體驗是首要關鍵,同時能確保使用內部託管解決方案與利用雲端解決方案執行,兩者不會產生分歧。

從企業的角度來看,能夠只在需求高峰期付費使用 (可以是幾個月,甚至是幾個小時)以更符合特定應用需求的靈活定價模式,比起業界在傳統上較習慣的長期授權協議更符合現實狀況。

實現以雲端為基礎的晶片設計

隨著運用雲端模式支援晶片設計的安全性、效能、商業模型和使用者體驗大幅提升,我們可以預期未來此方法將受到更廣泛的採用。

龐大的運算需求、持續不斷地追求更短設計和驗證週期,這兩者不僅在工具和設計方法本身,同時針對開發團隊如何運用和管理資源以發揮其潛力,再再都激發出對全新設計方法的需求。隨著晶片與系統設計持續創新,以雲端為基礎的設計方法,就算不是首選,也必然是一條可行的路。