2nm、GAA、3D封裝、chiplet、異構(gòu)....近年來，隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，單顆IC的晶體管數(shù)量已經(jīng)從百億向千億甚至萬億數(shù)量發(fā)展，功能復(fù)雜需求也讓單顆IC也集成了越來越多的IP，此外 ，工藝的進(jìn)步也帶來了制造商良率的問題，這都給IC設(shè)計(jì)師帶來了極大的挑戰(zhàn)，一方面要應(yīng)付工藝、復(fù)雜度提升帶來的設(shè)計(jì)難度挑戰(zhàn)，另外還要應(yīng)付time-to-market帶來的效率壓力。

而熟悉IC設(shè)計(jì)的人都知道，過去十年中，IC設(shè)計(jì)中仿真驗(yàn)證成本的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)成本。數(shù)據(jù)表明，包括工程師、軟件、硬件在內(nèi)的驗(yàn)證資源占到整個(gè)前端設(shè)計(jì)的70%，而設(shè)計(jì)本身只占30%，所以仿真驗(yàn)證在整個(gè)集成電路行業(yè)當(dāng)中的占比會(huì)越來越高，而且隨著工藝的升級(jí)，所占比還在提升（如上圖所示），所以要確保芯片高效開發(fā)，就要提升仿真驗(yàn)證的效率。

5月31日，在電子創(chuàng)新網(wǎng)旗下芯英雄聯(lián)盟直播頻道舉辦的《EDA仿真最新趨勢(shì)和效率提升》線上直播活動(dòng)中，華為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)半導(dǎo)體行業(yè)解決方案架構(gòu)師施鉆專和概倫電子研發(fā)副總裁方君分享了提升EDA仿真效率一些做法。

1、華為存儲(chǔ)四大舉措提升EDA仿真效率

施鉆專指出，目前，EDA仿真平臺(tái)面臨幾個(gè)困境，一個(gè)是面對(duì)混合型業(yè)務(wù)，存儲(chǔ)更容易成為瓶頸。這是因?yàn)镋DA仿真主要分前端業(yè)務(wù)和后端業(yè)務(wù)。前端業(yè)務(wù)主要以RTL編碼仿真為主，數(shù)據(jù)特點(diǎn)基本都是KB級(jí)別的小文件，并且主要是8KB左右的文件為主，超過60%以上都是元數(shù)據(jù)讀寫，這類場(chǎng)景針對(duì)存儲(chǔ)的要求就是更高的OPS性能訴求。后端業(yè)務(wù)，主要以綜合優(yōu)化仿真、編譯網(wǎng)表及網(wǎng)表測(cè)試為主，主要是GB級(jí)別的大文件寫場(chǎng)景，這類場(chǎng)景對(duì)存儲(chǔ)性能要求帶寬更高。

EDA仿真平臺(tái)面臨的另個(gè)困境是解決方案不匹配或者不會(huì)用，表現(xiàn)在：

1、服務(wù)器本地盤方案資源利用率低投資浪費(fèi)，表現(xiàn)為項(xiàng)目組間資源無法調(diào)度無法共享；Temp文件增長(zhǎng)迅速服務(wù)器容量受限容易爆盤；無專業(yè)存儲(chǔ)企業(yè)特性，易用性差；數(shù)據(jù)安全無法保障等。

2、共享存儲(chǔ)方案選型不對(duì)、導(dǎo)致仿真性能差影響研發(fā)進(jìn)度。主要表現(xiàn)為分布式文件系統(tǒng)分片機(jī)制只適合大文件大帶寬場(chǎng)景、萬億海量KB級(jí)小文件性能不足，存儲(chǔ)時(shí)延高，仿真卡頓、Lustre等文件系統(tǒng)需MDS等額外元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，增加故障點(diǎn)、高負(fù)載下刪除時(shí)，EDA軟件卡頓等。

3、專業(yè)存儲(chǔ)不會(huì)規(guī)劃使用，具體表現(xiàn)為不懂如何確保仿真業(yè)務(wù)不中斷、關(guān)鍵仿真任務(wù)高效執(zhí)行、不懂如何確保高價(jià)值數(shù)據(jù)安全性？不懂如何實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)安全隔離、不懂如何在有限的存儲(chǔ)空間實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化，這樣會(huì)導(dǎo)致資源利用率低、投資浪費(fèi)等。

針對(duì)這樣的痛點(diǎn)，華為存儲(chǔ)是如何提升EDA仿真效率的呢？施鉆專表示華為存儲(chǔ)聯(lián)合IC設(shè)計(jì)企業(yè)在EDA設(shè)計(jì)仿真過程中的業(yè)務(wù)訴求，通過系列化的優(yōu)化，打造半導(dǎo)體設(shè)計(jì)EDA存儲(chǔ)解決方案，大幅縮短EDA仿真周期。

概括起來，有四大舉措：

1、從存儲(chǔ)層面針對(duì)EDA場(chǎng)景8項(xiàng)優(yōu)化提升仿真性能30%+

施鉆專表示針對(duì)海量小文件場(chǎng)景，可以通過小IO聚合滿條帶ROW連續(xù)寫來優(yōu)化IO性能，同時(shí)也提升了SSD壽命。

針對(duì)大量的元數(shù)據(jù)操作，通過多項(xiàng)核心算法，比如元數(shù)據(jù)的壓緊算法，元數(shù)據(jù)的預(yù)取與淘汰算法等，提升元數(shù)據(jù)操作性能。

元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)獨(dú)立分區(qū)，有利于提升垃圾回收效率，消除性能瓶頸。

在硬件方面，華為存儲(chǔ)專門用了DTOE的智能網(wǎng)卡，把協(xié)議從CPU卸載到網(wǎng)卡上，節(jié)約網(wǎng)卡緩存到緩存的拷貝時(shí)間。

CPU需要處理讀寫IO、GC、快照等其他特性，把讀寫IO優(yōu)先級(jí)排最高，這樣可以保障讀寫IO的時(shí)延最低。

華為存儲(chǔ)采用全局共享的分布式文件系統(tǒng)，基于目錄均衡打散，消除控制器的瓶頸，支持自動(dòng)遷移熱點(diǎn)目錄到空閑控制器上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)負(fù)載均衡。

華為存儲(chǔ)使用多核鯤鵬920 CPU，通過CPU智能分區(qū)，綁核處理，避免跨CPU核跨控開銷，提升CPU的處理效率、降低時(shí)延。

EDA場(chǎng)景會(huì)有大量刪除Temp文件的操作，華為存儲(chǔ)專門針對(duì)刪除操作做了CPU綁核處理，專核專用，確保高負(fù)載情況下Delete操作不卡頓。

2、全閃存介質(zhì)升級(jí)，能效優(yōu)化降低整體TCO

施鉆專表示存儲(chǔ)介質(zhì)主要分HDD機(jī)械硬盤以及SSD全閃存硬盤。以前大多數(shù)IC設(shè)計(jì)企業(yè)，會(huì)選擇采用1.2TB左右的HDD機(jī)械硬盤，通過好幾個(gè)硬盤柜來堆存儲(chǔ)性能，但是這樣會(huì)導(dǎo)致機(jī)房空間、功耗大幅增高。目前越來越多的IC設(shè)計(jì)企業(yè)，尤其是一些先進(jìn)制程的比如7nm、5nm芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，為了性能需求會(huì)選擇SSD全閃存存儲(chǔ)。

從投入產(chǎn)出比看，SSD應(yīng)用可以大大降低企業(yè)的運(yùn)維成本，相比于傳統(tǒng)存儲(chǔ)需要配置幾十個(gè)磁盤機(jī)柜、上萬塊HDD磁盤，SSD只需要幾個(gè)機(jī)柜即可；SSD不僅在空間需求上優(yōu)勢(shì)明顯，在能耗、運(yùn)維成本上也非常突出：相對(duì)于HDD，在相同的容量下，SSD的電力能耗降低70%，空間占用節(jié)省50%。在存儲(chǔ)系統(tǒng)中每更換1塊SSD，帶來的節(jié)能減排效果，相當(dāng)于種了150棵樹，以及3360個(gè)普通家庭熄燈一小時(shí)。

3、存儲(chǔ)層豐富的企業(yè)軟件特性，幫助IC設(shè)計(jì)企業(yè)更好的管理數(shù)據(jù)提升效率

華為存儲(chǔ)提供了很多豐富的軟件特性，幫助IC設(shè)計(jì)企業(yè)更好的管理數(shù)據(jù)，提升工作效率。如多租戶特性可以用來確保數(shù)據(jù)安全隔離。

施鉆專表示EDA仿真臨時(shí)文件較多，如果不做及時(shí)刪除，空間就會(huì)被快速消耗掉，影響到其他用戶，這個(gè)問題可以通過設(shè)置配額的方式來解決，確保存儲(chǔ)空間的有效利用。有些關(guān)鍵仿真為了不被其他任務(wù)擠占掉存儲(chǔ)性能資源，會(huì)特別設(shè)置一個(gè)關(guān)鍵VIP任務(wù)的最低性能要求，來確保仿真任務(wù)高效完成。

海量小文件一直都是EDA仿真場(chǎng)景的最大難題，華為存儲(chǔ)不是通過備份軟件對(duì)應(yīng)用層掃描的方式來備份，而是通過底層的快照技術(shù)和異步復(fù)制技術(shù)，來做到Disk to Disk的快速備份，可以有效提升幾倍甚至十倍的性能提升。

4、存儲(chǔ)層四級(jí)可靠為EDA仿真平臺(tái)平穩(wěn)運(yùn)行保駕護(hù)航

永遠(yuǎn)在線的方案：通過業(yè)界唯一的NAS Active-Active雙活解決方案，確保單套存儲(chǔ)故障時(shí)不會(huì)影響生產(chǎn)。

永遠(yuǎn)在線的系統(tǒng)：通過RAID TP可以容忍3塊硬盤同時(shí)失效，另外全閃存儲(chǔ)重構(gòu)1TB時(shí)間只需要15分鐘，解決塊硬盤不影響生產(chǎn)的問題。

永遠(yuǎn)在線的架構(gòu)：通過Smart Matrix全互聯(lián)架構(gòu)和獨(dú)有的SMB Failover功能，可以容忍單套存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)單個(gè)引擎故障或者7個(gè)控制器故障，業(yè)務(wù)不中斷。

永遠(yuǎn)在線的SSD：通過全局磨損與反磨損，來提升SSD的使用壽命，降低IT運(yùn)維人員壓力。

施鉆專特別指出華為存儲(chǔ)在海思EDA仿真平臺(tái)使用表明使用之后其前端業(yè)務(wù)OPS領(lǐng)先48% ，后端業(yè)務(wù)帶寬領(lǐng)先49%！

2、概倫電子如何提升EDA仿真效率？

方君認(rèn)為可以通過三個(gè)方面提升EDA仿真效率，分別是文件存儲(chǔ)、EDA算法和算力資源。

文件存儲(chǔ)體現(xiàn)在讀寫速度的不斷提升以便處理超大文件、高性能文件IO以支持大量文件同時(shí)操作以及文件存儲(chǔ)空間的擴(kuò)展以滿足數(shù)據(jù)量的不斷增加。

EDA算法層面體現(xiàn)在EDA 仿真和驗(yàn)證工具的不斷演進(jìn)、更有效的數(shù)學(xué)算法，比如矩陣求解、更智能的電路結(jié)構(gòu)檢測(cè)和分區(qū)技術(shù)、更好硬件結(jié)合，高效的CPU指令集、存儲(chǔ)管理等；

算力資源體現(xiàn)在多核服務(wù)器的支持、計(jì)算機(jī)集群的支持和速度優(yōu)化、有效的任務(wù)分發(fā)和管理機(jī)制等。

他指出概倫電子提供的是融合上述三個(gè)要素的一站式仿真解決方案，從仿真工具到標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)再到電路設(shè)計(jì)都有覆蓋。

如NanoSpice就是概倫電子推出的新一代大容量、高精度、高性能并行SPICE電路仿真器，覆蓋模塊級(jí)模擬電路到全芯片存儲(chǔ)器電路，特別對(duì)高精度模擬電路和大規(guī)模后仿電路的電路仿真進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)滿足高精度、大容量和高性能的高端電路仿真需求。

NanoSpice Pro是一款概倫電子自主研發(fā)的FastSPICE電路仿真器，可滿足存儲(chǔ)器單元設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)陣列和編譯器驗(yàn)證、存儲(chǔ)器特征化及全芯片驗(yàn)證等所有需求，相比其它同類仿真器性能有較明顯提高。

而概倫電子的NanoYield良率導(dǎo)向設(shè)計(jì)平臺(tái)則可以用于電路良率分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化。

方君表示概倫電子的NanoCell 是一款快速精確且易用的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)特征化 EDA 工 具，它通過內(nèi)置的 NanoSpice仿真器，采用先進(jìn)的分布式并行架構(gòu)技術(shù)和單元電路分析提取算法，精確且高效的對(duì)單元電路進(jìn)行時(shí)序、功耗及噪聲等特征進(jìn)行仿真與提取，提供友好易使用的接口，幫助用戶縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。它支持ARM/X86 環(huán)境。

此外他還強(qiáng)調(diào)，概倫電子建設(shè)有基于ARM架構(gòu)的計(jì)算服務(wù)中心，服務(wù)器超過800臺(tái)，CPU超過10萬核，內(nèi)存達(dá)800TB；服務(wù)器本地存儲(chǔ)為10PB、集中高速存儲(chǔ)：270TB，網(wǎng)絡(luò)方面支持25G網(wǎng)絡(luò)互連 ，最大100G帶寬 、支持全鏈路負(fù)載均負(fù)載。

他強(qiáng)調(diào)概倫電子會(huì)圍繞三大要素持續(xù)和改進(jìn)以提升EDA仿真效率。

半導(dǎo)體工藝會(huì)不斷演進(jìn)，未來EDA工具的重要性日益凸顯，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)的應(yīng)用深入 ，EDA仿真效率將不斷提升，助力IC設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出更復(fù)雜更高性能的IC產(chǎn)品。

審核編輯 ：李倩