Cadence 的低功耗、3D-IC 和人工智能 / 機(jī)器學(xué)習(xí)（AI / ML）技術(shù)可支持超大規(guī)模計(jì)算的數(shù)據(jù)之旅 —— 從存儲(chǔ)和傳輸，到傳感器和設(shè)備的數(shù)據(jù)處理要求；從近 / 遠(yuǎn)邊緣處理，到本地云數(shù)據(jù)中心的工作負(fù)載優(yōu)化計(jì)算。

高性能計(jì)算

High Performance Computing

新一代電子系統(tǒng)將顯著影響我們的日常生活。從智能汽車(chē)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)連接，到智能家居安全和防護(hù)領(lǐng)域、航空航天和國(guó)防，乃至醫(yī)療等更多領(lǐng)域，這些和我們?nèi)粘Ｉ钕嚓P(guān)的一切都是互聯(lián)的。它們?cè)谶吘夁\(yùn)行的大量傳感器生成了海量數(shù)據(jù)。

我們要如何傳輸、處理、分析和存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)？同時(shí)確保數(shù)據(jù)安全無(wú)虞？

答案就是采用高性能計(jì)算（High Performance Computing，簡(jiǎn)稱(chēng) HPC）。

關(guān)于高性能計(jì)算

高性能計(jì)算（簡(jiǎn)稱(chēng) HPC）是一項(xiàng)進(jìn)行高速計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的技術(shù)。HPC 作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，研究集群架構(gòu)、并行算法和相關(guān)軟件基礎(chǔ)，通過(guò)分布式計(jì)算實(shí)現(xiàn)單臺(tái)計(jì)算機(jī)無(wú)法達(dá)到的運(yùn)算速度。

算力是高性能計(jì)算的第一要素,要達(dá)到每秒萬(wàn)億次級(jí)的計(jì)算速度，對(duì)系統(tǒng)的處理器、內(nèi)存帶寬、運(yùn)算方式、系統(tǒng) I / O、存儲(chǔ)等方面的要求都十分高，在滿(mǎn)足算力的同時(shí)，低延遲、低功耗和數(shù)據(jù)的安全性也是行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。

高性能計(jì)算中，計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)三個(gè)部件不可或缺：

計(jì)算中心：

高性能 CPU + GPU 相結(jié)合，是發(fā)展高性能計(jì)算的基石。

網(wǎng)絡(luò)中心：

計(jì)算服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到一個(gè)集群，軟件程序和算法同時(shí)在集群中的服務(wù)器上運(yùn)行。集群通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

存儲(chǔ)中心：

要以最佳性能運(yùn)行，每個(gè)組件都必須與其他組件保持同步，存儲(chǔ)組件必須能夠在處理數(shù)據(jù)時(shí)盡快將數(shù)據(jù)饋送和載入計(jì)算服務(wù)器。

如今，高性能計(jì)算現(xiàn)已邁入百億億次時(shí)代，HPC、云計(jì)算、AI 技術(shù)的相互融合，使得數(shù)據(jù)價(jià)值能夠被更充分地挖掘。各個(gè)新興行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展引起數(shù)據(jù)量激增，給芯片開(kāi)發(fā)領(lǐng)域帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。

HPC 高速發(fā)展給芯片開(kāi)發(fā)

帶來(lái)哪些挑戰(zhàn)？

如何應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)大爆發(fā)

在針對(duì)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的 CPU 需要增加更高的計(jì)算密度。

在芯片架構(gòu)方面需要利用多 die 互聯(lián)，提供更多對(duì)外接口。

使用小芯片（Chiplet）和 2.5D / 3D-IC 封裝來(lái)解決設(shè)計(jì)尺寸接近或超過(guò)光罩尺寸導(dǎo)致的良率問(wèn)題。

如何應(yīng)對(duì)更高的存儲(chǔ)需求

DDR5 / HBM2e 內(nèi)存處理

PCIe Gen6 / CXL2.0 / UCIe 高速接口

此時(shí)，Cadence 在計(jì)算軟件領(lǐng)域超過(guò) 30 年的專(zhuān)業(yè)技術(shù)積累和多年與客戶(hù)密切合作的經(jīng)驗(yàn)便派上了用場(chǎng)。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，Cadence 提供設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、實(shí)現(xiàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)的解決方案，幫助客戶(hù)優(yōu)化適用于超大規(guī)模應(yīng)用的 IP、芯片和系統(tǒng)。提供行業(yè)領(lǐng)先的虛擬云計(jì)算、快速的驗(yàn)證引擎以及智能的驗(yàn)證應(yīng)用，讓客戶(hù)以低成本在短時(shí)間內(nèi)找到并修復(fù)更多漏洞。解決針對(duì) SoC 芯片架構(gòu)復(fù)雜度增加帶來(lái)的芯片設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

Cadence HPC 解決方案

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?針對(duì)SoC芯片架構(gòu)復(fù)雜度增加帶來(lái)的芯片設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)Cadence Design IP提供高性能、低延遲的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和存儲(chǔ)解決方案：

- 40G UltraLink D2D PHY

- 112G - XSR PAM4 IP

- UCIe PHY and Controller

- DDR / LPDDR / HBM Phy and Controller

?針對(duì) SoC 設(shè)計(jì)規(guī)模超大帶來(lái)的芯片驗(yàn)證效率降低，Cadence 提供更快的仿真速度、更大的設(shè)計(jì)容量：

- Xcelium MC / ML

- Dynamic Duo（Palladium / Protium）

?針對(duì) SoC 系統(tǒng)級(jí)性能分析以及軟硬件協(xié)同驗(yàn)證挑戰(zhàn)，Cadence 提供：

- System Performance Analyzer分析和解決系統(tǒng)性能瓶頸

- Helium virtual platform 提供由軟件驅(qū)動(dòng)的軟硬件協(xié)同驗(yàn)證

?針對(duì)邊緣計(jì)算的低功耗和熱需求：

- Palladium DPA.

- Xcelium Powerplay back

- Joules + Innovas power analysis and optimization

?針對(duì)從邊緣到云端的數(shù)據(jù)中心及 IoT 應(yīng)用：

- SBSA 提供 Arm System Ready 架構(gòu)認(rèn)證解決方案

?針對(duì)計(jì)算密度增加帶來(lái)的芯片規(guī)模超出光罩尺寸：

- Cadence Integrity 3D-IC 平臺(tái)

Cadence HPC 解決方案

成功案例

Nvidia 與 Cadence 合作應(yīng)對(duì)超大規(guī)模 SoC 芯片設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的巨大挑戰(zhàn)

NVIDIA 作為 GPU 的發(fā)明者和人工智能計(jì)算的引領(lǐng)者世界上最大的 SoC 芯片的締造者之一，隨著芯片和系統(tǒng)復(fù)雜性的增長(zhǎng)，NVIDIA 需要利用與時(shí)俱進(jìn)的硬件仿真技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)芯片、系統(tǒng)和軟件方面的挑戰(zhàn)。

Cadence 的 Palladium Z2 和 Protium X2（系統(tǒng)動(dòng)力雙劍 Dynamic Duo）使得 NVIDIA 能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)從硬件仿真加速器轉(zhuǎn)移到基于 FPGA 的系統(tǒng)，NVIDIA 的工程師可以輕松、從容地從 Palladium 硬件仿真加速平臺(tái)轉(zhuǎn)移到基于 FPGA 的 Protium 系統(tǒng)。

NVIDIA 的工程師現(xiàn)在可以在 4 個(gè)小時(shí)內(nèi)，處理一個(gè)數(shù)十億門(mén)級(jí)的設(shè)計(jì)，對(duì)之進(jìn)行編譯并創(chuàng)建一個(gè)硬件仿真模型，然后將其導(dǎo)入硬件仿真加速器，而在不久之前，完成同樣的過(guò)程還需要 48 小時(shí)甚至 72 小時(shí)現(xiàn)在，只需 4 個(gè)小時(shí)。這是硬件仿真技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)突破性技術(shù)。

憑借 Cadence 的解決方案，您可以在超大規(guī)模計(jì)算設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)性能與低功耗、能耗和成本的最佳平衡。優(yōu)化軟硬件、系統(tǒng)級(jí)熱、流動(dòng)性和熱效應(yīng)。憑借 3D-IC 集成超越摩爾定律，以更短的周轉(zhuǎn)時(shí)間實(shí)現(xiàn)最復(fù)雜的設(shè)計(jì)。

如您需了解更多這部分的內(nèi)容請(qǐng)點(diǎn)擊“閱讀原文”了解Cadence HPC 全系列解決方案。

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審核編輯：湯梓紅