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先進製程推升算力需求 雲端EDA帶來靈活性與彈性
克服設計專案的高低峰差距

【作者: 籃貫銘】   2020年06月30日 星期二

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自從晶片設計進入自動化的年代,EDA工具就扮演著推進半導體技術的關鍵角色,而且不僅是在規劃設計的層面,在驗證生產方面也有著舉足輕重的地位。現在任何先進製程要進入商業階段,與EDA業者的協作與共同開發已是必經的階段。



圖一 :  次世代先進製程的晶片開發有很高的算力需求,因此企業開始採取具備彈性拓展與使用靈活性優勢的雲端解決方案。
圖一 : 次世代先進製程的晶片開發有很高的算力需求,因此企業開始採取具備彈性拓展與使用靈活性優勢的雲端解決方案。

所以我們幾乎可以這麼說,EDA與晶片設計,就是一體的兩面,沒有EDA大概也沒有當代的晶片設計。尤其是目前極端複雜的單晶片架構和億萬計的電晶體邏輯,已無任何人能夠離開電腦環境進行開發,想再拿出紙張和筆來做架構,已是天方夜譚。


製程不斷微縮 EDA算力需求節節高升

也因此,晶片設計的品質和流程要有所精進,EDA工具的搭配與協助,都是影響成敗的關鍵。而隨著晶片製程不斷縮小,單一晶片內的電晶體與電路數量也持續倍增,晶片的生產流程也進入了新的時代,雲端IC設計就是其中之一趨勢。


為什麼IC設計會開始轉向採用雲端的方案,益華電腦(Cadence)台灣總經理宋?安指出:「開發平台的電腦運算力不足,是促使IC設計採用雲端解決方案的主要驅力。」


他表示,次世代先進製程的晶片開發有很高的算力需求,而僅因這些開發專案的需求去建置專屬的設備,在成本上並不合理,因此企業開始採取具備彈性拓展與使用靈活性優勢的雲端解決方案。尤其是對中小型的晶片業者來說,投入高成本的先進製程設計硬體,負擔更顯得吃重。



圖二 : 一般而言,IC設計公司的運算力需求是呈現波型的震盪。
圖二 : 一般而言,IC設計公司的運算力需求是呈現波型的震盪。

Cadence指出,一般而言,IC設計公司的運算力需求是呈現波型的震盪,也就是會有高峰期與閒置期。然而,企業的硬體算力是固定的,所以經常出現高峰期算力供給不足;閒置期的算力又會有明顯的剩餘,不易產生最佳的效益。而雲端EDA方案就可改善上述的問題。


Mentor也持相同的看法。Mentor亞太區技術總監李立基指出,由於晶片的規模不斷增長,製程尺寸不斷縮小,設計復雜度持續提升,IT正面對IC設計日益增加的算力需求。無論是大型業者或中小型業者的IC開發團隊,都面臨?EDA峰值性能需求難以被滿足的問題。


他表示,對於大型業者而言,一方面,運算資源激增和多個項目的同時發生會導致IT資源短缺。另一方面,?了占據市場領先陣營,需要快速實現一款新產品的量產;而對於中小型業者,一方面對更大伺服器中心的需求增加,另一方面成本和採購整套工具軟體的重複利用率都令其擔憂。由此,可被快速部署,靈活採用並具有成本效益的雲端方案就成?一種必然趨勢。


IC設計流程複雜 彈性雲端EDA方案效益佳

在這樣的趨勢下,雲端IC設計方案將成為半導體產業的必然,但如何導入和安排資源,也是業者需要關注的環節。不過在EDA業者的努力下,雲端方案的運用情境幾乎與傳統無異,開發者甚至感覺不出差異。


宋?安表示,Cadence是EDA工具商,一直以來就專注於EDA軟體技術的耕耘,無論是在雲端或者傳統的方案,讓用戶可以高效率的進行開發,是他們首要的任務。也因此,對客戶來說,只要有需要,就能無縫接軌雲端方案。


但宋?安也強調,IC設計可以區分成不同的階段,前端的布局與架構階段,對於算力的需要並不高,在本地的平台就可以處理;但後段的驗證與模擬,就需要較高的運算能力,也比較有採用雲端方案的機會。


Mentor李立基指出,IC設計流程很複雜,涉及到很多步驟,算力要求也不同。有些可以折開到多部電腦或多線程上,有些則可能需要一台具有高記憶體容量的電腦。由於運算資源各不相同,雲端方案提供了在需要時獲得所需硬體的靈活性,優化了運算成本和專案進度間的權衡。


儘管雲端方案擁有諸多優勢,但它仍有一些建置與應用的挑戰。最基本的,就是要連結雲端的服務。由於各家公司對於雲端有不同的系統規劃與建置,要把公司原本的IT系統連結到雲端,或者把公司的雲端整合到EDA的服務上,這之間都需要一定程度的調動。


複雜度與安全性是導入挑戰

「複雜度是第一個挑戰,但現在已有很多的解決方案可協助。」宋?安說道。


他表示,Cadence已與雲端相關的夥伴合作,大幅簡化了相關的流程與介面。客戶只要跟Cadence簽屬付費的雲端授權,就能夠使用雲端的服務,無須分散力量去憂心雲端的介接問題。且能支援目前主流的雲端平台商,給予客戶最大的彈性。


安全性,則是另一個雲端方案衍生的議題。由於採用遠端的流程,敏感資料就會流出或者被侵入的風險,因此客戶對於雲端方案的安全性格外的關注。但宋?安強調,就技術層次來看,目前雲端方案已具備足夠的安全性,是值得信賴的方案,只是客戶的信任度仍不高。


他也認為,無論是雲端方案的導入和資訊數據的安全性,其實目前的技術已都能因應,客戶可以放心使用。


對於安全性,李立基也認為,安全感是目前雲端方案的主要挑戰所在。由於智財(IP)對於任何公司都是至關重要的資產。如果公有雲不能滿足使用者對於安全的需求,那?使用者就不得不轉向私有雲,從而失去了採用雲端方案的成本效益。


而除了安全性之外,李立基認為雲端方案的另一個挑戰就是成本。他指出,雲端雖是一種必然需求,但目前EDA雲服務的成本並沒有明顯優勢,從業者需要努力共同打造針對IC設計產業行之有效的商業模式,來降低雲端方案的成本。


另一方面,李立基則強調,EDA運算所需要的資源並不是固定的,業者要在正確的時間訪問正確的資源中心。因此在安全和成本之外,更重要的挑戰是如何採用雲端方案實現更多的創新性和可能性來獲得競爭優勢,而不僅僅是將雲運算作為低成本的基礎設施來承載其設計流程。


值得注意的是,在IC開發的過程中,經常會發生臨時的算力需求,也就是專案開發到後段的進度時,突然爆發出大量的算力需求,這時就會有額外增加的授權需求,此時雲端方案就會是最佳的因應之道。


宋?安表示,儘管短期的授權費會較高,但是長期來看,雲端的方案仍會是較經濟的選擇。不過選擇雲端的方案,就是要面臨把資料放在雲上的情況。


深化雲端系統合作 提供無縫介接體驗

展望未來的雲端方案布局,宋?安表示,Cadence將會積極與雲端業者合作,把雲端的運行介面整合到旗下的產品裡,客戶只需要面對Cadence即可,無須再去處理雲端供應商的選擇與介接的問題。而Cadence也會致力於推動雲端IC設計方案的普及,並廣邀雲端與相關的業者共襄盛舉。


另一方面,Cadence也正積極擴展在系統端的設計服務能力,提供除了晶片開發之外,更廣泛的軟體設計與模擬工具,包含電訊和熱力設計等。而這些系統端的設計也有很高的需求在雲端方案方面。


至於目前已是西門子旗下的Mentor,則是朝向發展「EDA 4.0」的概念,希望通過3D IC和SiP等新的晶片製造技術、ECAD/MCAD協同設計,以及虛擬/Digital Twin系統設計等,來實現AI系統、大數據分析和雲運算應用。


李立基表示,在上述這些基礎上,Mentor將繼續深化和細化與合作夥伴的合作,為產業帶來安全可靠、適用性高的雲端方案。


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