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EDA+云计算 清晰见未来

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深度围观频道 2021-02-28 20:54

由于芯片和EDA软件断供,给国内众多科技企业造成困扰众所周知,因此,我们可以看到科技巨头也无一例外地都在自研芯片,很多现在还不是巨头的系统公司和应用公司也开始积极布局。但是,当企业“造芯”成为科技企业发展战略的时候,他们很快会发现DEA软件同样成为前进道路上的“拦路虎”。

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可以毫不夸张地说,科技竞赛芯片是子弹,是粮食,芯片EDA工具则是制造子弹,加工粮食的工具,其重要性可见一斑。

传统企业“造芯”,最关心的两大问题:第一、规格是否满足市场的需求;第二、成本。

在开发过程中,IC设计团队几乎都会面临计算资源需求激增、EDA峰值性能需求难以被满足,深工艺数据迁移的消耗成本,多项目并行发生的资源抢夺以及办公地点限制带来的效率影响等,这些问题会直接影响芯片的研发、开发周期,甚至导致芯片的良率不高,无法进行量产。

另外,除了大量服务器耗费可观的电费,成本预算也是一大问题。某自动化 EDA 软件公司经理曾在行业线下交流会上表示,7nm 的芯片设计费用大约在2亿美元,其中 EDA 的费用占据其中的50%,算力占20%,人力成本占20%。

但是,是不是没有办法?

2017年,有专家提出对“EDA+云计算”进行探讨,当时这种模式不论是在技术上还是商业模式上都还在探索阶段,但是,如果我们在今天的时间点上回溯,发现这个探索过程并不长。

珂晶达选择了AWS

苏州珂晶达电子有限公司(以下简称“珂晶达”)成立于 2011 年,主要从事科学计算软件设计开发、EDA 软件设计开发、IC 软件设计开发以及相关技术服务,主要产品包括半导体工艺和器件仿真(TCAD)和多物理仿真软件等。目前致力于国产化基础软件研究,公司拥有多个具备自主知识产权的多物理数值仿真软件,涉及热、流体、电磁、电子、辐射等多个技术领域,客户已遍及国内、欧美和亚太区域。

珂晶达希望利用云服务平台实现资源的可配置、可伸缩、以及目标优化。此外,对于珂晶达的很多客户来说,标准的 EDA 软件有些已经不能满足其前沿产品的开发,所以一些标杆客户希望珂晶达能够按照需求进行定制开发。

IGBT 电热耦合仿真平台就是珂晶达重新定义软件的典型案例。珂晶达的客户在研发过程中发现了一些可靠性方面的问题,需要用电热应力、电磁、多物理耦合的仿真来进行分析。在调研了很多国内外成熟软件之后,最终在 2017 年逐步与珂晶达建立合作关系,珂晶达按其需求构建了 IGBT 电热耦合仿真平台。但当珂晶达想要推广通用的 EDA 软件以服务更多客户时,则需要一个部署在云上的 Demo 系统,让更多客户了解和使用。

对于需要使用云计算的用户,平台的计算能力和性能是重要的选择标准。过去,珂晶达的计算系统仅提供内部服务,但是由于计算量巨大,它们主要是追求在一个单位时间内完成更多的任务。但是现在,珂晶达的IT系统以用户为中心,那么不仅要考虑工作量和成本,还要更加关注云服务的可靠性和弹性性,以便为用户创建高质量,可靠的工作环境。

总之,珂晶达希望通过云服务支持业务扩展,并为客户提供更高质量和稳定的工作环境。出于技术考虑量,珂晶达将更多的注意力放在服务高可用性,弹性扩展,运维自动化以及安全保障等方面。

最终珂晶达选择了AWS。在使用 AWS 之前,珂晶达的 IT 基础架构采用的是自建服务器方式,部分应用云服务的策略。在技术上,珂晶达缺少稳定强大的数据运算系统。选择 AWS,是基于对安全性、稳定性、扩展性、可伸缩性的考量。

AWS提供了什么?

目前,珂晶达使用的 AWS 服务包括 AWS Auto Scaling 、Elastic Load Balancing(ELB)、 Amazon Simple Storage Service (Amazon S3) 、Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2)、 Amazon DynamoDB 等等。

基于 AWS 技术架构,提供 EDA 软件上云新思路

珂晶达基于 AWS 的架构示意图

珂晶达在云中实施EDA软件的想法不是直接从内网服务器迁移到AWS云端,而是基于低延迟和高流畅度的标准在服务器和浏览器之间重新分配计算。在AWS上部署Slurm计算集群时,每个节点都会收到用于分布式计算的计算任务。最终用户直接与基于浏览器的图形界面进行交互。在多用户场景中,ELB允许将来自不同用户浏览器的请求分发到运行在不同HTTP服务器上的图形界面后端,并分别处理不同用户的交互。在此过程中,AWS的弹性扩展功能可减轻系统压力并为珂晶达用户提供更好的体验。

在数据存储层面,如仿真结果、仿真波形、IGBT 内部的温度分布等数据量相对较大,主要使用 Amazon S3 来存储;而例如用户的账号信息、配置信息、权限信息、日志等轻量级数据,对延迟要求比较高,主要使用 DynamoDB 来存储,共同保证数据传输、存储与安全。

AWS 解决仿真平台 Demo

快速部署与安全需求

珂晶达非常重视系统的快速部署,通过接入 AWS,可以实现与客户远程协作,只需帮助用户开通平台账户并登录,然后通过线上视频进行协作,就可以短时间内建立试用,省去了过去 IT 工程师实地考察、实地部署的环节。

在安全方面,珂晶达重点考虑目前使用平台 Demo 的用户数据隐私问题。通过使用 AWS,可以很方便地将数据进行清洗,以及为不同的用户账号做数据隔离,进一步提升工作自动化程度。同时 AWS 也不断为珂晶达提供安全性最佳实践经验、配置方法、防火墙设置等建议,为客户安全保驾护航。

珂晶达非常重视系统的快速部署。访问AWS可以启用与客户的远程协作。帮助用户开设平台帐户、登录并通过在线视频进行协作,试用可以在很短的时间内完成,从而降低了成本。过去,现场检查和现场部署均需要由IT工程师进行的。

苏州珂晶达电子有限公司总经理沈忱说:“通过使用 AWS,加速了珂晶达应用系统部署的速度。借助自定义 AMI 和 AWS Auto Scaling 技术,使得原来需要 2-3 天的部署时间,在云端只需 2 小时即可完成。”

另外,在安全性方面,珂晶达关注当前使用平台Demo用户的数据隐私。借助AWS,可以轻松地进行数据进行清洗,并将数据与不同的用户帐户隔离,从而进一步提高任务的自动化水平。同时,AWS继续向珂晶达提供安全性最佳实践、配置方法、防火墙设置等方面的建议,以确保客户安全。

统一公司产品线

海内外业务统一接入 AWS

珂晶达在印度有 100+ 家客户,包括学校、商业公司、科研机构等在内,其中超过一半客户是学校。目前其在 AWS 海外区域部署了一套业务系统,以帮助印度高校创建实验环境。在国内业务推广中,珂晶达选择 AWS 的原因之一,也是为了统一公司海内外的产品线。

无论是海外,还是国内的学校客户,都面临 IT 能力薄弱的问题,在使用珂晶达软件的过程当中,经常会碰到一些基础的 IT 问题,为了避免工作人员疲于奔命,珂晶达推动把面向学校和小企业客户的软件升级优化版本,通过统一维护比较成熟的 AWS IT 架构,减轻客户负担,以降低客户支持和 IT 系统维护的成本。

在国内业务推广中,珂晶达选择AWS的原因之一也是为了统一公司在国内外的产品线。珂晶达在印度有100多家客户,包括学校、商业公司、科学研究机构等,其中一半以上的客户是高校。目前,已在AWS海外地区部署了一套业务系统,以帮助印度大学创建实验环境。

国内外高校客户都面临着IT功能薄弱的问题。在使用珂晶达软件的过程中,他们经常遇到一些基本的IT问题。为了避免员工疲劳,珂晶达推广针对学校和小型企业客户的软件的升级和优化版本,将通过统一维护相对成熟的AWS IT架构来减轻客户的负担,从而降低客户支持和IT系统维护成本。

珂晶达收获颇丰

在日常合作中,AWS 技术服务团队也随时协助珂晶达解决问题:如何使用某一项新功能、如何合理地配置保证费用最优等等。此外,AWS 在半导体行业拥有专业的服务经验和精深的技术专家,参考 AWS 全球的客户成功经验,帮助珂晶达规划系统应用中长期发展路线,对标国际发展前沿。

沈忱说“经过长期合作和接触,我们认为 AWS 的专业程度非常高。一方面是背后的系统和产品本身的质量很高,另外一方面就是在提供服务支持时,能够提供比较专业的建议,并不是纯粹从商业的角度来看待问题,更多从技术合理性、日后维护总体运营的成本来替我们考虑,我们对此非常满意。”

沈忱印证了亚马逊AWS大中华区云服务产品管理总经理顾凡一直强调的一句话:“AWS把选择权交给客户,让客户安心于自身业务的创新”

依托 AWS 高可靠性和弹性等能力,以及在专业技术团队的支持下,珂晶达能够更好地保障业务稳定运行,拓宽市场,获得显著的竞争力改善。另一方面,节省了运维成本,运维工作量降低了 60%,一个运维人员可以管理更多的 HPC 集群和应用。而且通过弹性伸缩能力既满足高峰期的客户访问流量,也节省了硬件投入。最后,在安全层面,通过AWS Identity and Access Management (IAM)访问控制和Amazon Elastic Block Store (EBS)加密等技术,充分保护了数据安全。

结 语

EDA本身依然面临成本大、资源利用率低等问题这与愈发追求高效的社会背道而驰,然而这一情况正在发生改变,云计算正在从粗放向精细转型,云应用将从互联网向行业生产渗透,上云既能优化算力,又能优化成本。在半导体行业升级转型上,EDA 软件或者工业软件上云已然是大势所趋。从珂晶达选择AWS的案例上可以借鉴,也可以清晰地看到未来。

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