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近年來，EDA上云已經(jīng)成為半導(dǎo)體行業(yè)的共識，業(yè)內(nèi)也涌現(xiàn)了一批可提供云端EDA設(shè)計方案的供應(yīng)商，亞馬遜云科技作為其中的佼佼者，已經(jīng)與全球主要的EDA廠家建立起密切的合作，其方案也得到了晶圓制造廠的安全認(rèn)證。


2022年8月17日，在由AspenCore主辦的“2022中國IC領(lǐng)袖峰會”上，亞馬遜云科技大中華區(qū)行業(yè)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)葉明，介紹了亞馬遜云科技的云端EDA設(shè)計方案如何為芯片設(shè)計公司減少風(fēng)險、加快流片速度、提高設(shè)計效率。
亞馬遜的實踐：芯片設(shè)計可在云端完成
亞馬遜不僅是全球最大的電商平臺，也是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的重要一員。近年來，亞馬遜旗下云計算服務(wù)平臺——亞馬遜云科技憑借在云計算領(lǐng)域的優(yōu)勢，建立起全球最大規(guī)模的云基礎(chǔ)設(shè)施。
葉明介紹說：“為了給客戶提供更直接的價值，我們也為自己的云中心服務(wù)設(shè)計、開發(fā)了很多芯片，其中所涉及到的系統(tǒng)包括——用于基礎(chǔ)架構(gòu)和虛擬化提高的系統(tǒng)、服務(wù)器芯片訓(xùn)練系統(tǒng)、機器學(xué)習(xí)和推理系統(tǒng)等。”


亞馬遜現(xiàn)在的芯片設(shè)計團隊，由該公司原本的芯片設(shè)計團隊與Annapurna Labs團隊融合而成。前者與2015年并購了后者，在許多業(yè)內(nèi)人士眼中，這起交易是亞馬遜最成功的交易之一。通過回顧亞馬遜芯片設(shè)計團隊的發(fā)展史，我們也看到了芯片設(shè)計從本地遷移到云端的全過程。
2011年，Annapurna Labs成立，該公司基于以色列的本地數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建，是一家為超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和邊緣計算設(shè)計基于Arm架構(gòu)芯片的廠商；
2014年，亞馬遜芯片研發(fā)部門成立；
2015年，亞馬遜以3.5億美元收購以色列芯片公司Annapurna Labs。
2016年，亞馬遜的芯片設(shè)計流程逐漸從混合架構(gòu)遷移到全云端設(shè)計；
2017年，亞馬遜云科技正式推出Nitro，將網(wǎng)絡(luò)、存儲和安全任務(wù)卸載到基于Arm架構(gòu)的專用設(shè)備上，此時亞馬遜逐步減少本地數(shù)據(jù)中心。
2019年底，亞馬遜云端實現(xiàn)完整的SoC開發(fā)，并推出了7nm工藝的CPU芯片（Graviton2），至此亞馬遜的本地數(shù)據(jù)中心僅用于模擬器。
據(jù)葉明的介紹，從2016年開始把亞馬遜的芯片設(shè)計流程，從混合架構(gòu)遷移到全云端設(shè)計，到2019年底推出7nm CPU（Graviton2）。亞馬遜憑借自己在芯片設(shè)計行業(yè)積累的經(jīng)驗和實踐，幫助芯片設(shè)計企業(yè)把芯片設(shè)計遷移到云端。
支持跨區(qū)域團隊設(shè)計協(xié)同
2021年12月，亞馬遜在Graviton2的基礎(chǔ)上推出了Graviton3，這是基于Arm架構(gòu)的第三代Graviton處理器。Graviton3采用了5nm制程，Chiplet小晶粒設(shè)計（7顆晶粒），內(nèi)部包含550億個晶體管，單核性能比Graviton2提升了25%以上。另外，Graviton3也是首個支持DDR5系統(tǒng)的芯片，其內(nèi)存帶寬比Graviton2增加了50%。


除了優(yōu)秀的處理器芯片之外，亞馬遜云科技分布在全球各地的基礎(chǔ)設(shè)施，能支持跨區(qū)域團隊設(shè)計協(xié)同。憑借全球基礎(chǔ)設(shè)施的部署，芯片設(shè)計公司可鏈接亞馬遜云科技分布在全球的設(shè)計團隊。
據(jù)了解，亞馬遜云科技在全球26個獨立區(qū)域均有基礎(chǔ)設(shè)施，每個獨立區(qū)域還包含了多個可用區(qū)，這些可用區(qū)在物理上相互隔離，即使某個可用區(qū)出現(xiàn)了無法服務(wù)的情況，也不會影響其他可用區(qū)的正常運營。同時，通過覆蓋全球的高冗余100Gbps網(wǎng)絡(luò)，亞馬遜云科技也能全球客戶提供高可靠、低延時、高吞吐量的網(wǎng)絡(luò)連接。
“我們能保證各設(shè)計團隊之間，不會因算力瓶頸而出現(xiàn)任務(wù)排隊的情況。在云端幾乎無限算力的支持下，助力芯片設(shè)計企業(yè)縮短驗證和流片的周期。”葉明表示。
靈活的云端EDA設(shè)計方案


為了應(yīng)對芯片設(shè)計公司多樣化的需求，亞馬遜云科技聯(lián)合半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)合作伙伴，共同打造了多種靈活云端EDA設(shè)計方案，包括全云設(shè)計環(huán)境、混合模式設(shè)計環(huán)境、SaaS模式設(shè)計環(huán)境。
全云設(shè)計方案適用于項目流片周期很緊，又缺乏本地機房的芯片設(shè)計企業(yè)。全云能實現(xiàn)高效全流程設(shè)計和驗證，提供從RTL到GDSII的全流程設(shè)計和驗證。
混合模式設(shè)計方案適用于正在設(shè)計數(shù)字化SoC芯片的企業(yè)。物理驗證階段后期需要大量算力，本地數(shù)據(jù)中心資源可能會成為瓶頸，混合式架構(gòu)能充分借鑒云上算力和本地資源，來滿足對峰值算力的要求，并加速芯片Sign off（簽核）周期。
SaaS模式設(shè)計方案適用于缺乏IT資源運維高性能計算或設(shè)計的初創(chuàng)公司。通過一站式EDA設(shè)計服務(wù)，幫助初創(chuàng)公司把資源和精力集中在創(chuàng)新上，而非維持大IT團隊運維復(fù)雜系統(tǒng)上。
靈活計價模式帶來最優(yōu)成本
在云端EDA設(shè)計方案計價方面，亞馬遜云科技還能提供靈活的計價模式。芯片設(shè)計公司可根據(jù)自身項目周期及IT資源需求規(guī)劃，來優(yōu)化組合以實現(xiàn)成本的最小化。
其中，按需計算實例按秒支付計算資源費用，無需長期承諾，對于常規(guī)性、計劃性的算力需求，可采用這種模式；在設(shè)計后段物理驗證階段，需要峰值計算時可采用預(yù)留計算模式，這個模式在計算資源價格上有顯著優(yōu)勢；競價閑置EC2（彈性計算云）計算實例，可以獲得相對按需資源最高達(dá)90%的折扣。


葉明還分析了亞馬遜云科技為一家企業(yè)做的本地與混合架構(gòu)三年TCO（總擁有成本），直觀地展現(xiàn)了靈活計價模式可以帶來的總成本優(yōu)化。云上混合設(shè)計模式能降低42%的總擁有成本，幫助該企業(yè)經(jīng)營從Capex（資本性支出，一般指資金或固定資產(chǎn)、無形資產(chǎn)、遞延資產(chǎn)等資產(chǎn)的投入）走向Opex（運營支出，指企業(yè)的管理支出、辦公室支出、員工工資支出和廣告支出等日常開支）。值得注意的是，采用靈活的優(yōu)化配置，還能在原本已降低42%的基礎(chǔ)上，進一步降低總擁有成本。


如今，亞馬遜云科技正聯(lián)合上下游生態(tài)合作伙伴建立產(chǎn)業(yè)鏈互信協(xié)同。產(chǎn)業(yè)互信協(xié)同安全平臺致力于為芯片設(shè)計廠商提供集設(shè)計、驗證、流片和計算資源為一體的服務(wù)，幫助芯片設(shè)計企業(yè)減少風(fēng)險、加快流片速度、提高設(shè)計效率。葉朋透露說：“我們已經(jīng)與全球主要的EDA廠家建立起密切的合作，我們的方案也得到了晶圓制造廠的安全認(rèn)證，同時我們還與合作伙伴在中國打造了EDA設(shè)計方案和良率分析方案。”
EDA“上云”應(yīng)用案例介紹
云端EDA設(shè)計方案在應(yīng)用方面已經(jīng)有了一些代表性案例，葉朋介紹了Arm和NXP（恩智浦）兩家公司的使用情況。
Arm在亞馬遜云端應(yīng)用基于Arm內(nèi)核的服務(wù)器，大幅縮短了K庫運行周期，助力提升設(shè)計效率且改善能成本。Arm還能從云上獲得以下收益：按需快速擴展EDA運行集群所需要的服務(wù)器核數(shù)，能從5000核拓展快速擴展到30000核；可有效避免資源需求預(yù)測不精準(zhǔn)造成的資源浪費；靈活支持創(chuàng)新和實驗類項目；在運行基于Arm為內(nèi)核的Graviton2時可降低30%的成本。
亞馬遜云科技與NXP（恩智浦）的合作始于2017年，借助亞馬遜云科技高彈性算力，恩智浦獲得了按需同時推進多個項目的規(guī)模算力和敏捷性，無需考慮項目的復(fù)雜性，而且能夠并發(fā)運行數(shù)十個性能模擬，從而縮短獲得結(jié)果的時間。到2021年10月，恩智浦選擇亞馬遜云科技為首先云服務(wù)提供商，將絕大部分EDA工作負(fù)載從本地數(shù)據(jù)中心遷移到亞馬遜云平臺。
小結(jié)：亞馬遜云科技可賦能芯片企業(yè)哪些價值？
最后，葉朋總結(jié)了半導(dǎo)體企業(yè)能在亞馬遜云科技上獲得的四大價值：
支持更快的創(chuàng)新。具有高彈性、高性能及高安全性的云端EDA基礎(chǔ)框架，支持快速設(shè)計和驗證；
通過安全的訪問連接全球各區(qū)域設(shè)計團隊，從而提升設(shè)計協(xié)同；
提供安全互信上下游協(xié)同設(shè)計平臺，提升流片成功率；
靈活豐富的配置選項，快速適配最佳資源，確保成本最優(yōu)。