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EDA雲端化一舉解決IC設計痛點
以新思維打新戰爭

【作者: 蕭博仁】   2020年07月03日 星期五

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不斷突破的半導體製程,使得IC設計與驗證流程更複雜,EDA的IT系統資源需求也越趨龐大。為解決此問題,近年EDA開始雲端化。今年六月,EDA龍頭廠商Cadence和Synopsys更同時宣布與台積電、微軟策略合作,採用微軟Azure雲端平台以加速IC設計流程的合作計畫,顯見EDA已正式進入雲端化時代。


消費性電子產品效能快速提升且生命週期逐漸縮短,對IC關鍵零組件的考驗也越來越嚴苛,而半導體產業所依循的摩爾定律逼近極限,不斷突破的新製程也讓設計成本節節高升。在此態勢下,過去的EDA運作模式將難以滿足新世代的IC設計需求,面對未來商場戰爭,廠商必須以新思維與新工具因應與轉變,才能持續保持競爭力。


自Intel創辦人Gordon Moore提出摩爾定律後,過去半世紀以來半導體產業都依循每18個月電晶體數量加倍來發展,時至今日,製程不斷逼近物理臨界點,業界開始傳出摩爾定律即將失效的聲音。但從市場狀態來看,半導體仍按此定律發展,台積電創辦人張忠謀去年就指出,起碼現在還有5奈米、3奈米甚至是2奈米等製程正在發展中,沒人知道摩爾定律何時會終結。


然而,半導體製程持續演進,雖有助於電子產品提升效能,但也為IC設計帶來嚴苛挑戰。更大量的電晶體要存在更狹小的尺寸空間,電路偵測、驗證與模擬的複雜程度會急遽攀升,而EDA所需的運算資源也將呈幾何級數倍增。據iBS預估,7奈米製程的IC設計費用為3億美元,5奈米為5.4億美元,到了3奈米將一口氣暴增至15億美元,如此龐大的成本不僅讓中小型IC設計業者無力負荷,即便大型半導體製造商,也須重新考慮IT資源的最佳化策略。



圖一 : 半導體製程持續演進,雖有助於電子產品提升效能,但也為IC設計帶來嚴苛挑戰。
圖一 : 半導體製程持續演進,雖有助於電子產品提升效能,但也為IC設計帶來嚴苛挑戰。

除系統成本問題外,建構速度是另一挑戰。智慧手機是目前IC產業的最大應用,從iPhone問世後,Apple、三星、華為等大廠每年都會推出不同版本的智慧手機,而每一款新機都訴求搭載最新一代的IC,迭代需求不僅對IC設計業者帶來時程壓力,每一代IC進化的同時,就必須隨之升級、擴充的EDA與IT建置費用,更讓中小型IC設計業難以負擔。


雲端概念逐漸成熟 資安問題已解決

面對上述問題,雲端是最佳解決方案。雲端平台向來的訴求就是可隨需計價使用IT資源,使用企業不必投入大筆費用建置IT系統,可視本身需求使用平台服務者的儲存、運算資源,例如在需要以大量運算資源執行硬體模擬流程時,再向EDA廠商購買閘極容量。這種「用多少算多少」的計價方式,有助於企業調配手中資金,不僅解除中小企業的IT建置負荷,大型企業也可彈性調度資源,例如需要高IT資源的7、5奈米製程,就可使用雲端EDA,而過去已建的資料中心,則可用於10、16、22奈米等成熟製程。


雲端平台的另一個優勢,在於由平台業者負責更新IT系統版本。以往自建系統的做法,在面臨新製程時,舊版本的系統功能難免不足,但在投入成本或上市時程考量下,除非既有系統已無力完成新工作,廠商總是盡量使用。然而功能有限的IT系統會大幅降低工作效率,雲端平台則維持在最新且最先進的硬體資源與軟體版本,使用企業則可將心力專注於研發設計,強化核心競爭力。


至於資安,EDA廠商不諱言資安問題仍是IC設計業者上雲的最大疑慮。但其實在雲端平台推動初期,其資安防護等級就已高於企業自建機房,經多年發展,雙方資安防護落差已非同一等級。以微軟為例,微軟智慧資安在2019年Gartner端點防護平台魔力象限(Gartner EPP Magic Quadrant)報告中獲得「具領導地位的端點防護平台品牌」殊榮,又於美國RSA資安大會發布的2020《網絡防禦》雜誌中被評選為六項企業安全大獎得主,可見針對企業安全檢測保護、端點安全防護、惡意攻擊檢測其所提供的資安產品和服務已經符合國際趨勢需求,亦能滿足台灣企業所需。



圖二 : 微軟雲端平台除了維持在最新且最先進的硬體資源與軟體版本,更強化實體建築防護、設置訪客過濾機制,資安防護更已符合國際趨勢需求。
圖二 : 微軟雲端平台除了維持在最新且最先進的硬體資源與軟體版本,更強化實體建築防護、設置訪客過濾機制,資安防護更已符合國際趨勢需求。

另外,企業對於IT系統必須「看得見」的迷思也須改變。多數企業主認為自建系統才能被掌握且具有安全感,但在實質建築的維護和企業機房的安全等級,仍無法與雲端平台機房相比。綜上所述,近年來產業講究專業分工,不僅是半導體產業,IT系統也是如此,將資安交由資安專家負責,也會是CP值最佳化的做法。


在IT資源使用效益與安全機制兩大優勢下,EDA雲端化加速進行。雲端平台概念深耕市場超過十年,於消費性市場已相當普及,雖然在EDA領域近兩年雲端化才成為熱門議題,不過早在2000年左右,就有EDA業者觀察到IC設計的資源痛點,並推出透過虛擬私人網路(VPN),提供業者足夠的IT資源,以利進行軟硬體模擬。


台積電登高一呼 EDA雲端趨勢確立

即便多年前難以推行,不過雲端始終是各類型軟體平台的重要趨勢,在EDA領域也是如此。在需求端,前述半導體與IC設計業的痛點逐漸加劇,供應端則是經廠商的努力,雲端的效能與安全性已臻完善。在供需兩端同步增溫的態勢下,EDA產業開始積極布局雲端化。


先是2018年的設計自動化大會(DAC 2018)上,Cadence與Mentor都發表相關產品,同年10月,台積電為提前準備新進製程,宣布將在自己主導的開放創新平台(Open Innovation Platform;OIP)上提供「虛擬設計環境 」(Virtual Design Environment;VDE),並籌組雲端聯盟,邀請三大EDA廠商Cadence、Mentor與Synopsys一同加入。


而在上個月,台積電發表了白皮書談及結盟Microsoft Azure、 Candence、Synopsys,透過雲端基礎設施來減少半導體設計簽核時程表。通過遷移到雲創建複雜高節點設計,半導體業者可在不受內部硬體限制的情況下顯著提升生產率並將低成本。同時Microsoft Azure亦發表了全新的Azure Virtual Machine-Azure D-v4和E-v4系列虛擬主機,採Intel第二代Xeon Platinum 8272CL優化記憶體,此處理器以2.5GHz的基速能運行,高頻可達3.4GHz速率。



圖三 : 通過遷移到雲來創建複雜高節點的設計,半導體業者可在不受內部硬體限制的情況下顯著提升生產率並將低成本。
圖三 : 通過遷移到雲來創建複雜高節點的設計,半導體業者可在不受內部硬體限制的情況下顯著提升生產率並將低成本。

而這兩大發表,最令人注目的是遷移到高節點趨勢已來,隨著先進製程的複雜性不斷增加,更多的操作條件分析需進行,高節點設計能提供不同場景高彈性應用,包含HPC、5G、AI等,並翻轉客戶競爭力。


台積電設計技術平台副處長陳威利亦提及:「晶片設計工作負載需要高CPU性能、大量處理器、高記憶體到核心比率和足夠的本地存儲。新推出的Edsv4系列滿足所有這些要求,使其成為我們的理想選擇。使用Edsv4 VM,台積電能夠成功創建全新的橫向擴展/擴展晶片設計策略,幫助設計人員實現顯著的運行時加速和成本優化。」


然而,當產業模式從資本支出(capital expenditure;CAPEX)轉換成營運支出(operating expense;OPEX)所形成的範式轉移,正驗證了其技術賦予業務模式轉換,為客戶帶來新的商業價值的現象發生。然而,主流市場正在轉變,產業應加速對雲端與新的業務模式開放,以保持競爭力。


混合雲部署 啟動EDA雲端第一步

EDA雲端效益,除了取決於EDA效能外,雲端平台廠商的能力也是關鍵。由於EDA雲端是典型的企業雲,與個人使用的消費雲不同,企業雲不僅對系統穩定性與安全性有更高要求,還需針對不同領域企業提供合適架構。


因此,平台服務商必須在B2B商業模式下有豐富經驗,才能提供EDA廠商與其使用者兩端都合用的雲端平台。而產業若期加速跟上應運而來的雲端EDA趨勢,擁抱混合雲的基礎建設的部署模式將是首要之務,當雲端成為EDA產業競爭最大動能,業者的雲端部署策略,將是創造競爭力的決勝點。


(本文作者蕭博仁為台灣微軟雲端平台事業部資深產品經理)


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