紫光云公司CTO辦公室主任鄧世友表示，芯片上云的本質(zhì)，就是用算力換時(shí)間，用云端CAD工具解放生產(chǎn)力。

圖 | 紫光云公司CTO辦公室主任鄧世友

整個(gè)芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，仿真驗(yàn)證不僅復(fù)雜，還是最耗時(shí)的。不夸張地說，在部分芯片設(shè)計(jì)中，這一過程耗費(fèi)時(shí)間的整體占比更是高達(dá)70%。

如果是一家資金充足、人員團(tuán)隊(duì)上規(guī)模的IC公司，他們大可以采購(gòu)服務(wù)器自建算力中心，自建團(tuán)隊(duì)運(yùn)維CAD研發(fā)環(huán)境。反之，如果一家資金和團(tuán)隊(duì)規(guī)模均有限，時(shí)間人力成本的消耗和響應(yīng)速度快慢就成為了一道“攔路虎”。

而現(xiàn)實(shí)情況是，截至2020年底，國(guó)內(nèi)共有2218家芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，其中高達(dá)87.9%都是人員規(guī)模不足100人的。在芯片性能迭代速度不斷加快的當(dāng)下，他們可以怎么做？

帶著這個(gè)問題，在6月10日由鎂客網(wǎng)承辦的IC設(shè)計(jì)開發(fā)者大會(huì)上，我們對(duì)紫光云公司CTO辦公室主任鄧世友先生進(jìn)行了采訪。

一場(chǎng)時(shí)間與算力的博弈

芯片迭代速度加快的另一面，是摩爾定律被打破，這背后不僅存在技術(shù)的進(jìn)步，也有著市場(chǎng)需求的“倒逼”。

針對(duì)這一事實(shí)，有一個(gè)數(shù)據(jù)已經(jīng)被多次拿出來討論，那就是OpenAI于3年前發(fā)布的一份報(bào)告，里面提到，從2012年到2018年，AI算力需求增長(zhǎng)超過了30萬倍，平均每3.43個(gè)月就會(huì)翻一倍，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了摩爾定律。

反過來，正是市場(chǎng)對(duì)算力需求的急切需求，逼迫著芯片設(shè)計(jì)者們不斷提高性能、加快芯片迭代速度。顯然，摩爾定律中時(shí)間與算力之間的平衡已經(jīng)被打破，企業(yè)需要找到一條新路徑，在保證性能穩(wěn)定提升的前提下，進(jìn)一步縮短時(shí)間成本。

而說到芯片設(shè)計(jì)，這其中有五大核心要素，分別是IP、PDK、EDA、IT和CAD，這對(duì)于芯片設(shè)計(jì)公司而言，從自主性角度出發(fā)，考慮到仿真驗(yàn)證過程的耗時(shí)之長(zhǎng)，從IT處下手增加算力支持算是一個(gè)見效最快的方法。

“我們發(fā)現(xiàn)，隨著芯片設(shè)計(jì)工藝制程越來越先進(jìn)，規(guī)模越來越大，諸如紫光集團(tuán)內(nèi)部的紫光展銳、新華三半導(dǎo)體，對(duì)于算力的需求是非常龐大的，為了支撐新的芯片研發(fā)投片，每年都會(huì)投入大量的服務(wù)器、存儲(chǔ)等相關(guān)IT設(shè)備。”鄧世友表示。

但同時(shí)他也表示，芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)本身對(duì)于算力的需求都不是恒定變化的，而是呈現(xiàn)出一條波動(dòng)性很強(qiáng)的曲線，尤其是投片前3個(gè)月，對(duì)算力的需求是“無限”的。

“面對(duì)這種波動(dòng)性很強(qiáng)的業(yè)務(wù)需求，IT團(tuán)隊(duì)很難通過自購(gòu)設(shè)備來滿足。若是買多了，可能會(huì)出現(xiàn)設(shè)備閑置，若是買少了，可能算力又不能完全滿足，不管是哪一種，都是成本在無謂消耗。”

這么一來，芯片設(shè)計(jì)企業(yè)在采購(gòu)IT設(shè)備的時(shí)候，既需要考慮到項(xiàng)目算力的需求，又要避免無謂的時(shí)間消耗，該如何做？

云，或者說“讓芯片設(shè)計(jì)上云”，似乎是當(dāng)下的最優(yōu)解。鄧世友解釋：“云，天然具備彈性特征，能夠滿足算力需求的波動(dòng)性，且是非常契合的。”

芯片上云=用算力換時(shí)間

簡(jiǎn)單來講，“芯片上云”的背后，就是用算力換時(shí)間。

云服務(wù)的商業(yè)模式是按時(shí)長(zhǎng)付費(fèi)，這意味著在云端用1臺(tái)服務(wù)器運(yùn)轉(zhuǎn)100小時(shí)的成本，和100臺(tái)服務(wù)器運(yùn)轉(zhuǎn)1小時(shí)的成本相差無幾，但這對(duì)于芯片設(shè)計(jì)的工作任務(wù)來講，效率提升的是100倍。

當(dāng)然了，上云也并不意味著將本地設(shè)備全部搬到云上。以紫光芯片云為例，鄧世友指出，“我們眼下主推混合云模式，建議將本地設(shè)備、資源作為一個(gè)常備算力進(jìn)行儲(chǔ)備，再輔以云上算力資源的彈性補(bǔ)充，兩者協(xié)同，才是一個(gè)最優(yōu)的性價(jià)比方案。”

但是回到幫助企業(yè)縮短芯片設(shè)計(jì)周期這個(gè)問題，僅僅在云端提供算力支持只是基礎(chǔ)服務(wù)。因?yàn)槿狈Ｂ欼T人員、CAD工程師等人才，致使一些企業(yè)即便拿到了云端算力資源，也很難快速地搭建芯片設(shè)計(jì)環(huán)境。

針對(duì)這個(gè)問題，紫光芯片云也交出了自己的成果。就在今年4月新發(fā)布的2.0版本中，算力之外，紫光芯片云開始注重起芯片設(shè)計(jì)環(huán)境。

具體來看，紫光芯片云提供的U-Imp/U-Chip芯片設(shè)計(jì)工作流執(zhí)行平臺(tái)，將EDA工具、工藝技術(shù)文件、集群作業(yè)調(diào)度、項(xiàng)目管理和數(shù)據(jù)管理等模塊集成在此平臺(tái)之上，IC研發(fā)工程師可以通過圖形化GUI界面，直觀快速的進(jìn)行PPA（Performance, Power, Area/Cost）評(píng)估和完備嚴(yán)苛的物理實(shí)現(xiàn)過程控制。U-Imp/U-Chip支持多模塊并發(fā)執(zhí)行、自動(dòng)化RTL-GDSOUT流程、自動(dòng)化的Checklist檢查和QOR報(bào)告收集，大幅縮短IC設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施中的Syn綜合/FV形式化驗(yàn)證/ STA靜態(tài)時(shí)序分析/物理設(shè)計(jì)/Sign Off等流程時(shí)間，提高芯片設(shè)計(jì)效率、節(jié)約成本，并為芯片投片一次性成功進(jìn)行流程上的保障。

此外，紫光芯片云還融入了紫光集團(tuán)旗下新華三半導(dǎo)體、紫光國(guó)芯等企業(yè)的芯片設(shè)計(jì)服務(wù)能力，也與EDA、IP、Foundry等生態(tài)合作伙伴對(duì)接，為IC企業(yè)提供一站式的設(shè)計(jì)服務(wù)+云服務(wù)打包Turnkey方案交付。

上云之前，先聊聊這兩個(gè)問題

國(guó)內(nèi)芯片上云領(lǐng)域中，紫光是領(lǐng)先者。而從紫光芯片云2.0版本來看，其更為強(qiáng)調(diào)的是一種“生態(tài)”，這也是當(dāng)前芯片上云的重點(diǎn)工作之一。

只是在這之前，有兩個(gè)問題我們必須得提出來，一個(gè)是安全，另一個(gè)是帶寬與時(shí)延。

· 安全

眾所周知，芯片設(shè)計(jì)是一個(gè)高門檻行業(yè)，面對(duì)數(shù)據(jù)信息等牽一發(fā)而動(dòng)全身的核心資產(chǎn)，芯片云該如何做，才能讓客戶放心地在云上部署芯片設(shè)計(jì)等工作？

目前在行業(yè)中，這一問題的解決方案主要有兩類，一類是直接對(duì)設(shè)備作物理隔斷，另一類則是在虛擬層面進(jìn)行加密。

這兩種方式也是紫光芯片云所采用的。鄧世友表示，物理隔斷方面，除了物理機(jī)房間的隔斷，在為客戶提供的芯片云服務(wù)設(shè)備，與通用公有云資源池物理隔斷，同時(shí)與互聯(lián)網(wǎng)Internet物理隔離。

至于加密，這也是各類型云服務(wù)廠商的“慣有手段”了。只不過鄧世友向鎂客網(wǎng)指出，將數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲(chǔ)雖然保證了安全性，但傳統(tǒng)的加密會(huì)導(dǎo)致性能下降。芯片上云的本質(zhì)是用算力換時(shí)間，但如果加密后，導(dǎo)致性能下降而使得算力大打折扣，最終延長(zhǎng)芯片設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)間，這就有點(diǎn)得不償失了。

圖 | 紫光芯片云芯片仿真統(tǒng)一解決方案

針對(duì)這一點(diǎn)，紫光芯片云選擇采用CPU加密指令集加速等底層技術(shù)，進(jìn)而對(duì)啟用加密后的性能做出優(yōu)化，“目前，我們已經(jīng)做到在滿載運(yùn)行的情況下，將性能損失縮小至10%以內(nèi)。”

此外，同樣是加密，鄧世友告訴鎂客網(wǎng)，紫光芯片云還做了一個(gè)創(chuàng)新，所瞄準(zhǔn)的是加密的核心——密鑰。

“一般云廠商的做法，是將密鑰管理放在云端，由云服務(wù)端為客戶分發(fā)鑰匙，相當(dāng)于配鑰匙的機(jī)器掌握在云廠商手中，這樣一來，客戶肯定是不放心的。”他介紹到，“紫光的方案與之不同，是將配鑰匙的機(jī)器打造成一個(gè)物理設(shè)備，并且放置在用戶端，或他們自己的機(jī)房中，由客戶自己管理、分發(fā)密鑰。”

· 帶寬與時(shí)延

提及云服務(wù)，安全和帶寬基礎(chǔ)性能，也是客戶最先關(guān)心的兩個(gè)問題。

在云服務(wù)上，帶寬小、時(shí)延長(zhǎng)意味著卡頓，而一旦出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，留給芯片工程師的的體驗(yàn)會(huì)大打折扣。

針對(duì)這一點(diǎn)，紫光芯片云的做法是將云節(jié)點(diǎn)建設(shè)在離用戶最近的地方，在芯片設(shè)計(jì)企業(yè)頗多的北京和上海部署兩個(gè)節(jié)點(diǎn)資源池，將云駐地化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不出城，同城裸光纖網(wǎng)絡(luò)接入。

“以上海為例，如若是上海本地的企業(yè)，我們可以做到萬兆裸光纖直接接入云端，時(shí)延控制在5ms以內(nèi)。”

“芯片上云”已成業(yè)內(nèi)共識(shí)，也是“彎道超車”的機(jī)會(huì)

嚴(yán)格向前追溯，國(guó)內(nèi)芯片上云的開端始于2019年，但是更早的，在2017年，國(guó)外三大EDA巨頭（Synopsys、Cadence、Mentor），以及亞馬遜、微軟和谷歌三大云服務(wù)廠商就開始部署相應(yīng)方案，并相當(dāng)成熟，也有了相關(guān)成果與案例。

“雖然起步較晚，但是現(xiàn)在，包括很多芯片設(shè)計(jì)企業(yè)、其他云服務(wù)廠商在內(nèi)，都已經(jīng)達(dá)成了一個(gè)共識(shí)——EDA上云是大勢(shì)所趨。”鄧世友表示。

大家都認(rèn)同了這一趨勢(shì)，且國(guó)外的案例也證明了這一模式的可行，隨著國(guó)內(nèi)云服務(wù)模式的不斷推廣，越來越多的企業(yè)開始嘗試在云端進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)驗(yàn)證。在助力國(guó)產(chǎn)芯片設(shè)計(jì)這條道路上，云、AI等技術(shù)的參與比重正不斷增加，且方法上也是各有特色。

比如紫光云，充分利用云服務(wù)的特性，滿足計(jì)算彈性、存儲(chǔ)彈性和訪問便捷性的同時(shí)，也通過接入第三方設(shè)計(jì)公司的能力，全方位地為芯片設(shè)計(jì)企業(yè)打造一個(gè)完整的芯片設(shè)計(jì)環(huán)境，從算力、CAD工具等關(guān)鍵環(huán)節(jié)出發(fā)，達(dá)到降本增效的效果。

另外，我們還看到一些企業(yè)也在嘗試搭建平臺(tái)，只不過這類平臺(tái)旨在利用AI技術(shù)，來幫助芯片設(shè)計(jì)企業(yè)優(yōu)化IC設(shè)計(jì)，力求在最優(yōu)模式下設(shè)計(jì)出性能最優(yōu)的芯片。

而眾所周知，在芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，國(guó)產(chǎn)芯片最為“卡脖子”的環(huán)節(jié)在于EDA軟件。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年的國(guó)內(nèi)EDA市場(chǎng)中，三大巨頭就占去了85%，國(guó)產(chǎn)廠商市場(chǎng)份額雖在近兩年內(nèi)有所增長(zhǎng)，但也僅有14%。

看到這里，我們不禁發(fā)問，隨著云計(jì)算、AI等技術(shù)以一種創(chuàng)新方式參與到EDA等關(guān)鍵領(lǐng)域中，能夠助力國(guó)產(chǎn)EDA等實(shí)現(xiàn)“彎道超車”嗎？

當(dāng)鎂客網(wǎng)問及此，鄧世友認(rèn)可道，云計(jì)算、AI在各行業(yè)的滲透率越來越高，對(duì)于EDA也不例外。“云計(jì)算與AI帶給EDA軟件不僅僅是技術(shù)上的輔助與加速，同時(shí)也是商業(yè)模式上的創(chuàng)新與變革。”

他進(jìn)一步表示，雖然在全流程上，國(guó)產(chǎn)EDA軟件依舊與三大巨頭存在不少差距，但在不少EDA點(diǎn)工具上，國(guó)內(nèi)卻也是存在不少優(yōu)秀產(chǎn)品的。

而以云服務(wù)對(duì)國(guó)產(chǎn)EDA的助力為例，“基于云平臺(tái)，可以融合國(guó)內(nèi)多家優(yōu)秀的EDA點(diǎn)工具，組合成全流程EDA，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，進(jìn)而推廣給芯片企業(yè)。只有讓更多的芯片企業(yè)用起國(guó)產(chǎn)EDA工具，才能幫助國(guó)產(chǎn)EDA工具實(shí)現(xiàn)迭代優(yōu)化，達(dá)到更好的良性發(fā)展。”

與此同時(shí)，鄧世友也指出，EDA工具云化，一方面可以降低芯片企業(yè)使用正版EDA工具的門檻，另一方面也可以從根本上解決軟件授權(quán)問題。

不過，我們也可以看到，近年來，已經(jīng)有不少三巨頭的高管選擇離職創(chuàng)業(yè)，同時(shí)國(guó)內(nèi)的利好政策以及國(guó)產(chǎn)化需求，也在推動(dòng)EDA行業(yè)走向突破。這一點(diǎn)上，國(guó)產(chǎn)EDA軟件國(guó)內(nèi)市占率從5%到14%的增長(zhǎng)事實(shí)就是一個(gè)有力證明。

而如同國(guó)產(chǎn)EDA軟件的發(fā)展與突破，在其他關(guān)鍵領(lǐng)域如IP等，隨著智能芯片的出現(xiàn)也正產(chǎn)生有別于傳統(tǒng)IP的新需求。

可以確定，云計(jì)算、AI等前沿技術(shù)的深度參與，給國(guó)產(chǎn)芯片“卡脖子”的現(xiàn)狀撕開了一個(gè)小口，帶來了一線生機(jī)。

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