近幾年，傳統(tǒng)行業(yè)正在加速上云推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型。芯片設(shè)計雖屬于傳統(tǒng)行業(yè)，但芯片設(shè)計上云已經(jīng)有多年的歷史。只是，隨著云計算方式的普及和硬件性能的提升，用云的方式設(shè)計芯片能夠獲得幾倍到上百倍的投入產(chǎn)出比的提升，因而被越來越多芯片設(shè)計公司采用。

對于新興的芯片設(shè)計公司而言，這或許是一個超越傳統(tǒng)大公司的機會。當然，成熟的芯片設(shè)計公司也可以借助云計算的方式實現(xiàn)更好的配置資源。 習慣了傳統(tǒng)芯片設(shè)計方式的成熟公司會欣然接受云上設(shè)計芯片嗎？芯片設(shè)計云又會給芯片行業(yè)帶來哪些的改變？

芯片設(shè)計為什么要上云？

很早之前，全球三大EDA提供商之一的新思科技就已經(jīng)在積極探索云化EDA（電子設(shè)計自動化，Electronic Design Automation）工具，幫助芯片公司設(shè)計出更好的芯片。

謝仲輝

新思科技中國副總經(jīng)理

芯片自動化事業(yè)部總經(jīng)理

我們多年前就開始部署EDA工具云化的項目，主要是與大型芯片公司合作開展內(nèi)部云上部署。例如，我們攜手臺積電共同部署云上設(shè)計和芯片制造平臺，幫助臺積電成為首家實現(xiàn)云設(shè)計的代工廠。我們很驕傲，世界上首枚完全在云上實現(xiàn)的芯片就誕生在這個平臺上。我們還與臺積電在微軟Azure平臺上成功實現(xiàn)云上時序signoff新流程，加快下一代片上系統(tǒng)的開發(fā)。

之前無論是云技術(shù)的生態(tài)和客戶接受程度，還是硬件的先進性都還不足以讓云上設(shè)計芯片得到推廣。但近幾年，我們看到國外的亞馬遜AWS、微軟Azure、谷歌云，國內(nèi)的阿里云、紫光云都相繼推出芯片設(shè)計云，芯片設(shè)計云的接受程度隨之提高。

“芯片設(shè)計上云最大的驅(qū)動力是靈活優(yōu)化資源分配。” 謝仲輝指出，“對于中小型芯片設(shè)計公司，每年大規(guī)模項目的數(shù)量并不多，購買整個芯片設(shè)計過程中的所有工具和計算資源的成本高昂。對于財力雄厚且項目眾多的大公司，多個項目同時推進或臨時增加項目也會需要彈性的算力和額外的設(shè)計工具。所以無論公司規(guī)模大小，上云這種方式能夠滿足不同芯片設(shè)計公司在資源優(yōu)化方面的需求。” 特別是，在芯片設(shè)計復雜度不斷增加的當下，企業(yè)的IT與設(shè)計部門越來越難以依賴經(jīng)驗進行有效算力與工具需求計算的匹配，超前部署算力資源會帶來巨大的成本負擔，算力與工具不足又難以快速滿足突發(fā)的、波動的負載。 這其中很重要的原因是芯片設(shè)計周期很長且每個流程的算力需求不同。芯片設(shè)計流程一般包含功能設(shè)計、設(shè)計描述、設(shè)計驗證等前端設(shè)計，以及綜合、STA（靜態(tài)時序分析）、PR（自動布局布線）等后端設(shè)計。

SoC設(shè)計流程，來源阿里云研究中心&新思科技

一位業(yè)內(nèi)人士告訴雷鋒網(wǎng)，芯片設(shè)計的前端和后端對算力的需求不同，前端是單線程、高并發(fā)、原數(shù)據(jù)密集式的小文件為主，后端的設(shè)計仿真是多線程、大文件。并且，設(shè)計的芯片制程越先進對算力的需求越高，不同制程節(jié)點間的算力需求差別可達指數(shù)級。

謝仲輝也表示：“整個芯片設(shè)計的流程一般在12個月到18個月，每個階段使用的設(shè)計工具無論是數(shù)量還是種類上都不盡相同。芯片設(shè)計上云能夠協(xié)助中小型芯片公司充分利用有限的資金、人力資源，優(yōu)化工具和算力資源配置，提升自身技術(shù)創(chuàng)新力，追趕相對成熟的設(shè)計公司。”

上云+AI

芯片設(shè)計投入產(chǎn)出比提升幾倍到上百倍

需要強調(diào)的是，芯片設(shè)計上云更應(yīng)該關(guān)注投入產(chǎn)出比，而非簡單的成本投入。謝仲輝解釋，比如花100萬能夠買下的工具或者計算資源非常有限，也不一定被充分利用。同樣100萬投資到購買云資源，合理分時優(yōu)化，長期累積可獲取的算力資源以及得到的生產(chǎn)力遠超過100萬，芯片設(shè)計公司應(yīng)該從投入產(chǎn)出比的角度去看待芯片設(shè)計上云。同時，借助云上資源和大量的設(shè)計數(shù)據(jù)與AI來優(yōu)化設(shè)計流程，還可以減少人力成本支出。 從芯片設(shè)計的流程來看，相較于設(shè)計流程的其他環(huán)節(jié)，芯片的仿真驗證不僅復雜而且耗時。有數(shù)據(jù)顯示，部分芯片設(shè)計設(shè)計驗證所耗費的時間通常高達整個芯片設(shè)計周期的70%。因此，借助云計算的高算力、內(nèi)存可以大大減少芯片仿真驗證的時間。

“很多新思工具的基礎(chǔ)架構(gòu)都能夠自主進行深度學習，驗證工具也增加了AI功能。如果是傳統(tǒng)地購買EDA工具，工具中的模型數(shù)據(jù)量是固定的，需要依賴工程師的經(jīng)驗去優(yōu)化和迭代才能達到芯片的項目要求。” 謝仲輝進一步表示，“在云上，EDA工具可基于已有的數(shù)據(jù)進行學習，接下來就可以通過更加智能的工具實施優(yōu)化，要達到芯片設(shè)計目標對工程師的經(jīng)驗要求就會降低很多，效率就相應(yīng)得以提升。可能本來需要5-8位工程師耗時兩個月才能達到的優(yōu)化點，現(xiàn)在僅需要兩三位工程師一兩周就可以實現(xiàn)。我認為這是未來芯片設(shè)計上云和EDA工具云化的主要動力之一。” 就在上個月，新思宣布其在Microsoft Azure上運行的IC Validator物理驗證解決方案在不到9小時的時間內(nèi)，完成了對AMD Radeon Pro VII GPU（包括超過130億個晶體管）的驗證。 那芯片設(shè)計上云到底能帶來多少倍的投入產(chǎn)出提升？謝仲輝說：“這取決于項目規(guī)模和優(yōu)化程度。如果優(yōu)化得好，可以得到倍數(shù)以上的投入產(chǎn)出比提升。如果配合深度學習技術(shù)的優(yōu)化，投入產(chǎn)出比的提升可能不止幾倍，達到幾十倍上百倍都有可能。” 他同時表示，對于中小型公司而言，同等的投入能夠能得到倍數(shù)的投入產(chǎn)出比，上云的優(yōu)勢不可忽視。

芯片設(shè)計上云

將引領(lǐng)芯片行業(yè)進入新的良性循環(huán)

即便有諸多吸引力，芯片設(shè)計上云能否快速普及仍有待觀察。“芯片設(shè)計公司是否上云還有其他方面的考慮，IP是芯片設(shè)計公司的核心資產(chǎn)，其安全性非常重要。另外在法律條款、知識產(chǎn)權(quán)保護等方面也存在分歧，還需要考慮第三方IP供應(yīng)商是否支持上云。” 謝仲輝表示：“但芯片設(shè)計上云的價值也顯而易見，除了已經(jīng)提到諸多顯性價值，諸如靈活的使用模式、更優(yōu)的投入產(chǎn)出比等，還有一項值得關(guān)注的隱形優(yōu)勢——獲取專家支持的實時響應(yīng)。在云設(shè)計環(huán)境中專家級的專業(yè)支持和服務(wù)是實時的，不用受到任何地域的限制。這可以讓芯片設(shè)計企業(yè)在具體工作中切實享受到必備的且相應(yīng)及時的專業(yè)支持，沒有后顧之憂。”

IC研發(fā)平臺分層架構(gòu)，來源阿里云研究中心 另外，芯片設(shè)計云作為SaaS服務(wù)需要EDA工具提供商、云服務(wù)提供商、芯片制造商、芯片設(shè)計公司等的多方緊密協(xié)作，芯片設(shè)計云的安全性和能力也與云服務(wù)提供商的定位有密切關(guān)系。 但無論如何，芯片設(shè)計云釋放出的更多算力能夠激發(fā)工程師產(chǎn)生更多創(chuàng)意，再結(jié)合深度學習技術(shù)，將會帶來數(shù)量級的革新。 近幾年，隨著AI技術(shù)的興起，擁有大量數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)公司紛紛進入芯片行業(yè)，并借助云的方式設(shè)計出專用的AI芯片，比如谷歌TPU。謝仲輝表示：“這類公司設(shè)計的芯片都與數(shù)據(jù)中心和AI相關(guān)，相比一般芯片公司的優(yōu)勢在于擁有大量數(shù)據(jù)和算法。由于這些芯片以滿足內(nèi)部需求為主，可以根據(jù)特性的業(yè)務(wù)進行垂直整合，因此能夠在特性場景優(yōu)化到極致。” 由此一來，這些伴隨AI和云技術(shù)出現(xiàn)的芯片設(shè)計公司，長期來看可能會對芯片行業(yè)的研發(fā)模式、技術(shù)趨勢、產(chǎn)業(yè)鏈、商業(yè)模式甚至文化帶來一定的改變。

謝仲輝認為這將會是一個良性的循環(huán)。對于那些有決心投入芯片設(shè)計的互聯(lián)網(wǎng)及系統(tǒng)公司，他們需要理解并接受芯片的投入周期相對軟件開發(fā)會更長。同時，他們又會對傳統(tǒng)芯片公司帶來新的啟發(fā)，讓傳統(tǒng)的芯片巨頭不再局限于芯片的性能和功耗，還需要與用戶的應(yīng)用場景緊密結(jié)合并提供更好的服務(wù)體驗。 一個典型的例子就是手機行業(yè)的蘋果、華為、三星自研的SoC無不讓第三方手機SoC提供商感到壓力，為此，他們想要提供比手機廠商自研芯片表現(xiàn)更好的芯片，就需要與用戶體驗做更緊密的結(jié)合。 接下來的關(guān)鍵問題就是，傳統(tǒng)的芯片設(shè)計公司會有多少能夠快速接受設(shè)計上云的形式？他們與云時代誕生的新型芯片設(shè)計公司的競爭格局將會如何？時間會為我們書寫答案。 //////////

責任編輯：xj

原文標題：芯片設(shè)計上云投入產(chǎn)出比可提升百倍！或是新入局者實現(xiàn)超越的機會

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