帳號:
密碼:
CTIMES / 文章 /   
EDA跨入雲端環境新時代
 

【作者: 盧傑瑞】   2019年09月11日 星期三

瀏覽人次:【1240】
  

最受全球半導體產業界注目,每年一次在北美舉辦的Design Automation Conference,今年(2019)在6月盛大開幕。比較特別的是會議地點一改過去在舊金山或奧斯丁舉辦,而是移到有賭城別稱的拉斯維加斯,事實上,從CES展覽開始,拉斯維加斯就舉辦了各式各樣的展覽活動,但是,為何今年會移師到拉斯維加斯,最主要的原因之一大概是,Design Automation Conference的參觀人數正逐年在減少之中。


不過,雖然參觀人數規模不若過去的盛大,但是,今年展覽的仍舊有令人關心的幾項焦點議題,關鍵字分別是「RISC-V」、「Security」,以及「Cloud」。其中,「Cloud」的部分指的就是,全球主要EDA供應業者,已經開始將一部分的IC設計工具,透過新一代的網路技術以及儲存、運算能力,提供雲端設計或驗證的功能。並且未來可能將更進一步的,針對各種不同領域或產業、製品技術等,都能夠透過雲端來完成所需要的,EDA工具的核心部分和資料存取、傳送。


半導體設計資料量暴漲數倍

在過去數十年來,IC設計一直依循每18個月電晶體數量就會加倍的摩爾定律,但隨著摩爾定律即將到達極限,晶片設計要再進入更先進的製程,就會出現增加積體電路內部電晶體的數量,與減小晶片尺寸的需求,這些結果正不斷推進IC設計的研發投資並採用更複雜且而昂貴的EDA工具。


因此EDA技術和工具的重要性,從其近兩年的市場發展趨勢也可見一斑。從ESD聯盟的資料顯示,2019年第一季,全球EDA市場規模達到26億美元,比同時期增長了16.3%。而EDA軟體和IP銷售額的年4個季度移動平均值(將最近4個季度與其之前的4個季度進行比較)增加了6.1%(表一)。


表一 全球EDA市場規模分析 (百萬美元)
?

Total EDA Revenue

Americas

EMEA*

Japan

APAC*

Q1 ‘19 Total

Q1 ‘18 Total

% Growth

CAE

691.8

242.3

168.1

519.9

1622.2

1365.6

18.8%

PCB & MCM

394.2

130.4

91.3

224.8

840.7

699.7

20.2%

IC Physical Design/Verification

77.2

56.0

44.0

46.9

224.1

193.4

15.9

?

?

?

?

?

?

?

?

Total SIP Revenue

373.6

83.2

59.9

359.5

876.1

762.9

14.8%

Reporting SIP Companies++

159.9

43.1

23.1

117.8

344.0

279.4

23.1%

Non-reporting SIP Companies**

213.6

40.1

36.8

241.7

532.2

483.5

10.1%

Total Service Revenue

47.5

20.4

16.7

23.4

108.0

112.5

-3.9%

Total EDA, SIP & Services Revenue

1112.8

345.9

244.7

902.9

2606.4

2241.0

16.3%

(資料來源:ESD聯盟)

以目前半導體的設計技術,為了在5奈米的晶片上實現更為複雜、使用更大量的Pattern時,在設計的資料量上暴漲了數倍以上,無形中大力推動EDA設計環境朝向雲端化發展的力量(圖一、圖二)。



圖一 : 5奈米的晶片在設計的資料量上暴漲了數倍以上。(資料來源:Cadence)
圖一 : 5奈米的晶片在設計的資料量上暴漲了數倍以上。(資料來源:Cadence)

圖二 : 越來越複雜的晶片設計案也會需要越來越大量的運算性能與儲存空間(資料來源:Microsoft Azure)
圖二 : 越來越複雜的晶片設計案也會需要越來越大量的運算性能與儲存空間(資料來源:Microsoft Azure)

因此即使物理特性能夠在材料的演進下,獲得更多元化的支持,但在進行IC設計時,所需要的伺服器、儲存空間、通訊量等等的資源要求,已經出現暴增的壓力,根據統計,每進步一世代的技術所需要增加的運算資源已經高達六倍;這樣的成本支出壓力已經非是一般中小IC設計公司能夠承受的(圖三)。



圖三 : 各製程半導體設計費用(億美元)。(資料來源:iBS、ET NEWS)
圖三 : 各製程半導體設計費用(億美元)。(資料來源:iBS、ET NEWS)

因為傳統上,如果要利用EDA工具同時對多項IC劑型偵錯,是非常困難的,因此必須規畫分批作業,使得驗證和偵錯的工作時間變的非常長,但是如果透過擁有巨大儲存空間、相當強大的運算能力的雲端EDA平台,便可以同步執行多項IC的模擬(Simulation)、合成(Synthesis)及配置佈線(Place & Route)等前、後段設計作業。因此解決實體運算資源的急迫性,最好的方式就是將大部分的工具運算、資料庫轉移至雲端。


業者積極推動EDA環境雲端化

從1980年網際網路正式進入實用化後,網路儲存、網路資料交換等等的技術蓬勃而生。而更進一步的,從2000年開始,雲端運算(cloud computing)的觀念也開始被推廣,包括亞馬遜(Amazon)、Google等巨擘以及老牌軟體大廠微軟(Microsoft)積極的投入之下,應用範圍持續擴大,各種以雲端為基礎的服務不僅已經滲透到一般大眾的網路應用、催生了新產業型,同時,雲端技術也正在改變不同傳統產業與應用市場的商業模式,包括電子製造產業以及半導體產業。


根據Garther的一份統計資料顯示,全球的公眾雲端服務的市場規模包括軟體即服務 (SaaS)、平台即服務 (PaaS)、基礎架構即服務 (IaaS)等等,過去幾年之間呈現快速的成長,在短短的4~5年之間,從2016年的680億美元開始,預計在2020年時將成長了將近3倍達到1620億美元的規模(圖四)。



圖四 : 全球公眾雲端網路服務市場總值預估。(資料來源:Garther)
圖四 : 全球公眾雲端網路服務市場總值預估。(資料來源:Garther)

公眾雲端服務市場規模的不斷擴大,資安、通訊儲存技術持續的提升和強化,也就提供了EDA產業界解決運算資源困擾的最佳方案之一。當然,滿足這樣的目標,並不是EDA業者能夠獨立完成,幾乎所有的平台資源都需要依賴類似亞馬遜(Amazon)、微軟(Microsoft)、Google這些雲端服務大廠,而這些雲端服務業者也一直相當努力的提案,說服各EDA業者以及IC設計業者將本身的EDA工具、運算需求、存儲設備放在由他們提供的雲端系統上。


經過數年的努力,這些年來,已經有EDA業者、晶圓廠、IC設計公司、半導體譯者開始採用,使得EDA正式邁入「雲端運算」的時代。從前端開始,包括Block design、Synthesis、Formal verification、Simulation,以及後端的Place and route、Static timing analysis、Physical verification、Tape-out等等都已經可以透過雲端服務平台,讓IC設計可以順利透過雲端系統獲得最大的執行效率、高度彈性的使用,更快地進行設計或驗證、各項模擬。


EDA業者透過Cloud技術提供更多元化的服務,並非從今年開始,雖說,雲端技術的應用與安全性,在最近這幾年才逐漸的成熟,但是利用網路儲存或運算來提供EDA設計服務,可以追溯到1990年代末期與2000年初,EDA業者已經開始透過虛擬私人網路(VPN)的方式來提供對客戶部分的服務,讓客戶能利用VPN的網路連上EDA業者特定的伺服器,來加速進行軟/硬體模擬時,所需要的運算能力。


雖然初期,雲端方案還不受客戶歡迎,剛開始的主要原因是客戶憂慮安全性,將軟體工具和IP模組存放在雲端,並提供客戶任意使用,會有高度懷疑資料外洩的資安管理技術能力。不過,現在多數人已經逐漸建立對雲端技術的信任,所以安全應該已經不是最大的問題;目前的商業性的問題於,大多數IC設計業者都有自己的資料庫和網路管理,並需要雲端EDA方案,或許中小型業者,甚至新創公司雖然會有需求,但因為目前雲端方案在價格上與一般方案差不多,所以當時,期待透過雲端採用EDA方案省下成本的客戶可能會相當的失望。


亞太半導體產業各展全力跨入EDA雲端服務

在隨著產業環境的改變,透過雲端技術,來客戶提供更加擴大與深入的EDA產品概念,從去年(2018)呈現出爆炸性的發展。因此在DAC 2018最受注目的明顯趨勢,就是包括Cadence、Mentor、Synopsys等EDA供應商,正式發表和展示了透過雲端來提供EDA工具的服務,讓客戶能利用雲端的強大資源,來支援運算量相當吃重的硬體模擬(Emulation)。例如Cadence的Palladium Cloud、Mentor的Veloce Stato、Synopsys 的Cloud Solution等等,甚至於能透過亞馬遜的Amazon Web Services (AWS)直接取得硬體模擬的運算支援資源。


Amazon Web Services的David Pellerin也在一場公開活動中表示,對於今天的半導體設計來說,由於資安與記憶體、CPU等等技術都已經能夠滿足巨量的運算需求,因此高度的靈活使用這樣的環境,可以帶動EDA設計的高度自動化和擴充性。例如,Cadence將EDA工具中的Regression Tests等等,這些設計的環境及工具轉移到雲端運算,並且透過Amazon本身對於雲端管理的經驗和Knowhow,來強化EDA工具在雲端運算的使用,就是一個相當重要的案例。


最初期,EDA工具業者並不太願意改變原本與客戶之間的服務提供模式。轉變EDA工具業者積極跨入與研究雲端服務模式的刺激原因是來自於台積電的擴大開放創新平台(Open Innovation Platform,OIP)雲端聯盟。因應台積電晶片設計採用雲端部署的需求,EDA工具業者需要配合上下游產業的需求來調整。例如,在過去,EDA業者的傳統營運模式是,對於客戶的每台伺服器都需要獲得軟體授權,並且是以每年計費。


台積電展開OIP VDE計畫

在2018年10月,台積電(TSMC)透過雲端技術,扮演主導整合的角色,建立了開放創新平台(Open Innovation Platform,OIP)雲端聯盟,參加者包括了明導(Mentor)、亞馬遜的AWS、益華(Cadence)、微軟 Azure(Microsoft Azure),以及新思(Synopsys)等業者,運用嶄新的雲端設計解決方案來加速製程運算,例如,透過這個開放創新平台,台積電5奈米的測試晶片,可以在4個小時之內快速完成實體驗證。


不過,期望導入台積電OIP VDE的話,必需要先與雲端聯盟的夥伴,例如亞馬遜 AWS、微軟 Azure等等合作,簽訂NDA以及商業相關條款等,再根據本身的需求,以及授權協定來建立專屬的網站,由雲端服務業者託管的線上專屬空間。成本方面,將取決於使用者所選擇的CPU與儲存容量配置,甚至不同的雲端服務供應商會有不同的計費模式。


目前在面對台積電的OIP VDE計畫之下,Cadence和Synopsys都已經開始提供相關的服務,例如Cadence與微軟、以及SiFive合作,對外發表了Cloud-Hosted Design Solution和CloudBurst平台,在準備就緒的AWS或Microsoft Azure 混合雲環境中使用預先載入的Cadence 設計工具,可以降低雲端的進入門檻,來支援台積電所提供的的7奈米技術設計。


而Synopsys則是採用了AWS以及微軟Azure的雲端環境,提出了雲端解決方案(Synopsys Cloud Solution)。包含了PrimeTime時序分析、簽核、StarRC萃取等工具的擴充性,以及IC Validator簽核實體驗證、HSPICE、CustomSim與FineSim電路模擬、SiliconSmart特性分析、VCS功能驗證、VC Formal形式驗證以及Z01X故障類比(fault simulation)等等。


另一家EDA工具業者明導也在今年(2019)加入OIP雲端聯盟,藉由Mentor的Calibre雲端運算擴展性,來加速完成晶片實體驗證。透過 Mentor、MicrosoftAzure及台積電合作,在4小時內快速完成5奈米測試晶片的實體驗證。


台積電預期其他EDA供應商也將會加入OIP雲端聯盟,並將前段設計流程也納入雲端解決方案中;為了測試雲端服務的能力,台積電也正在利用此服務設計5奈米製程的 SRAM,以更快速地提供記憶體、標準元件庫、以及電子設計自動化設計基礎架構。


韓國三星電子SAFE雲端計畫啟動

不只台積電全力聯合EDA與雲端服務業者成立OIP,韓國三星為持續支援及提升客戶的整體設計工作流程,也和台積電一樣,結合EDA與雲端服務業者針對雲端服務啟動了「三星先進製程生態系統雲端 (SAFE-Cloud) 計畫」。透過與Amazon Web Services(AWS)和Microsoft Azure等雲端服務業者,以及Cadence和Synopsys等EDA業者合作,透過線上雲端機制提供PDK、設計方法、EDA工具、IP、資料庫和設計等等的服務。目前,透過SAFE雲端平台,三星電子已經開始加速與Synopsys合作7奈米和5奈米元件庫的開發,而三星、Gaonchips也和Cadence成功在此平台完成設計驗證。


日本成立CDC研究所整合產業資源

對於IC設計環境的雲端化,日本早在2013年就展開各種提案與思考。在2013年9月的一場來自日本國內各大半導體相關業者所參加的會議中,為了實現「半導體設計雲端服務」的目標,決定設立「CLOUD DESIGN COMMUNITY」的法人機構,來整合與提供日本半導體產業以雲端平台為基礎的半導體設計環境。


不過為了能夠達到實際提供平台環境服務,因此更進一步的將此一法人單位,變更成營利事業體,而設立CDC研究所,並且從2016年4月開始,在雲端平台上建置了EDA工具、可彈性使用各種業務模式的硬體環境,為了能夠支援包括EDA工具、IP資料庫、設計流程等的需要,CDC研究所建置了包括EDA Cloud、IP Cloud和Methodology Cloud這三個雲端平台,來提供完整IC設計開發所需要的雲端環境。此外,CDC研究所並且利用4個「as-a-Service」服務來確保進行半導體晶片設計時,平台的機能均能穩定的運行(圖五)。



圖五 : CDC研究所利用4個「as-a-Service」服務來確保平台的機能均能穩定的運行。(資料來源:CDC研究所)
圖五 : CDC研究所利用4個「as-a-Service」服務來確保平台的機能均能穩定的運行。(資料來源:CDC研究所)

在費用計算方面,CDC研究所是採用使用EDA的時間來計費。一般而言,在使用EDA工具產品時,幾乎都是在簽定合約後,以付費方式來獲得軟體授權使用。不過,CDC研究所是因為獲得來自於各EDA業者的協助後,由CDC研究所建置雲端環境平台,只要是CDC研究所的會員,都可以在日本國內的網路環境下,在選擇各種不同服務,並以時段分享的方式付費,使用這個EDA雲端環境平台。例如,使用EDA工具時的計費服務有,時間單價模式、優先使用模式、優先共享模式、授權使用模式、授權分享模式等(圖六)。



圖六 : 只要是CDC研究所的會員,都可以在日本國內的網路環境下,使用EDA雲端環境平台。(資料來源:CDC研究所)
圖六 : 只要是CDC研究所的會員,都可以在日本國內的網路環境下,使用EDA雲端環境平台。(資料來源:CDC研究所)
相關文章
再見摩爾定律?
實現物聯網與雲端運算的新型記憶體技術
人工智慧正在改變EDA的設計流程
機器學習實現AI與EDA的完美匹配
Microsoft LUIS語意識別簡介
comments powered by Disqus
相關討論
  相關新品
CWFA205: WiFi+BT
原廠/品牌:鉅景
供應商:鉅景
產品類別:RF
GPS SiP Module
原廠/品牌:鉅景
供應商:鉅景
產品類別:RF
CGPA10x: GPS SiP
原廠/品牌:鉅景
供應商:鉅景
產品類別:RF
  相關新聞
» 加速IoT和智慧工業創新 ST推出Linux發行版微處理器
» 工業4.0是未來式 以精實管理來挑戰系統智慧化
» BREWER SCIENCE:超薄晶圓挑戰巨大 過程需保持其完整性
» 安馳科技:震動感測是工業環境預測性維護的關鍵第一步
» 針對多雲環境與新興工作負載 戴爾打造突破性伺服器解決方案
  相關產品
» Microsoft 365以AI為企業資安全方位助力
» 經濟部偕微軟與Google 培育高中職生AI職能
» ST:功能安全將是工業4.0的重中之重
» 英飛凌推出全新OptiMOS 6 40 V 系列:具備優異的RDS(on)與切換效能
» NVIDIA、微軟、Epic Games、Unity及各大遊戲開發商於GDC 2019啟動次世代遊戲

AD


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2019 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw