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跃上云端的贰顿础技术如何推动半导体创新
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英文原文：
雖然支付處理、業務流程與合作和大數據分析等各種服务都仰賴云端运算技術，但晶片设计產業卻較慢才開始採用這項技術。至今，在雲端中實現晶片设计的真正好處仍未明朗。
現今半導體產業面臨嚴格的品質要求、苛刻的上市時程以及高昂的成本等諸多挑戰；因此，顯而易見地，創新且雲端導向的電子设计自動化 (EDA)正是半導體產業亟需的解决方案，它能夠幫助半導體產業跨越這些挑戰並蓬勃發展。隨著摩爾定律(Moore’s law)的優勢開始衰退，在這篇文章中，我們將仔細探討在公共雲端進行半導體设计及验证，如何能成為創新的推手。
這篇文章是一系列貼文的開始，我們的雲端專家在未來幾個月將會持續分享。EDA躍上雲端顯然不僅是一個趨勢；對於一個正面臨爆炸性計算需求，並且设计和验证週期持續縮短的產業來說，它開闢了一條持續前進的道路。在接下來的貼文中，我們的專家將探討新思科技在優化雲端為基礎的使用模組(use models)中的各種創新成就果。
是什麼推動晶片设计者走上雲端？
即使在几年前，人们对於「云」(肠濒辞耻诲)在硅晶圆开发中所扮演的角色，仍是忧喜参半，毕竟摩尔定律主导了这个产业50多年的发展和创新。然而，正如科技諮询顾问公司埃森哲(础肠肠别苍迟耻谤别)在其(Driving Semiconductor Growth Through As-a-Service Models)&苍产蝉辫;的报告中指出，摩尔定律的步伐正在减缓，反之却要因应「晶片开发成本飆升、竞争来自非传统领域，但客户却要求指数级成长的能力和功能来支持物联网(滨辞罢)、人工智慧(础滨)以及即将来临的量子计算等令人兴奋的新应用。」
無庸置疑地，計算能力已成為半導體公司能否完成设计、更快將产物推向市場的瓶頸。因此，公司為能取得设计及验证系統單晶片(SoC)所需的资源，雲端計算自然成為一個可行的選擇。其中，關鍵性的，现在已可在云端中使用。去(2020)年年底，埃森哲发表一份报告，(The cloud imperative for the semiconductor industry)，認為雲端是「加快未來創新步伐的關鍵」，並且具有安全性增強和自動化功能的完善雲端解决方案，其可提供的好處，已經超越本地系統(on-site system)。
讓我們接著仔細看，是哪些關鍵市場因素，驅使更多晶片设计者移轉到雲端；而基於雲端的解决方案，又如何能成為創新的推手。
更快获得结果
隨著晶片變得越來越複雜、體積越來越大，面對日益增加的上市時間壓力，晶片设计和验证资源正成為瓶頸。與此同時，。工程師需要處理的事情增加，可用资源卻減少。相較於在本地資料中心執行 EDA解决方案，雲端技術的利用開闢了更多的運算资源，可以加速基礎晶片设计和验证過程。另一個好處是增加彈性—能夠根據需求，迅速地擴大或縮小規模。
以元件庫特徵化(library characterization)為例，這是一項高度並行化的任務，需要大量計算资源。眾所周知，元件庫特徵化的资源規劃極為困難。例如，在雲端計算前，晶片设计公司需要先針對這些工作負載量，在自己的高性能資料中心投入許多资源。然而，根據需求模式，這些系統不是被過度使用，就是未被充分利用；又或者是需要先對工作負載量進行排序而造成延遲。相反地，云端运算可以在需要時，按照需求量，盡可能獲取最多的運算资源，將元件庫特徵化等任務的周轉時間(turnaround time, TAT)從數週縮短到數天。例如，亞馬遜網路服务(AWS)的客戶已經能夠將他們的，部分原因是 AWS 和新思科技之間的密切合作。
時程短、资源耗費大的任務，非常適合遷移到雲端。無須負擔繁重的成本來建置基礎設施，设计人員即可靈活地利用運算资源。若有需要，在數據可分區的前提下，也可以將運算密集型任務分解成更小的任務，並利用雲端的大規模、分散式的處理和儲存空間，來解決每個小任務。除此之外，在分散處理時，時序分析(timing analysis)、物理验证和功能验证之類的工作流程，也得以完善地進行擴充。例如，通過形式验证，您可以將设计本地化，並對獨立的部分執行验证。
提高结果质量
為了保持先進節點设计、具有多個功率域(power-domains)的低功耗设计以及突破光罩限制设计的高質量結果(QoR)，在设计流程的所有階段，验证工作的量都呈爆炸性增長。在現實世界中，內部運算资源並非無上限，设计師被要求完成不可能的任務：在上市時間和結果質量之間取得平衡。憑藉近乎「無限」的资源，雲端提供了執行大規模模拟、時序檢查機制(timing signoff)和物理验证任務的能力；而這些任務可能會導致本地運算资源的短缺，或甚至整個系統的崩壞。
更低的结果成本
以最快的時間，將質量最好的产物推向市場，是我們一貫的目標；但盡可能以最低的成本生產晶片也同樣重要。傳統的晶片设计公司，可以使用現有的資料中心來進行 EDA 解决方案。即便如此，為了管理成本，他們可能仍會選擇混合的工作流程，在運算需求突增的期間，利用雲端资源來補足本地资源的短缺。而小型新創公司可能會發現，私有資料中心的成本太高，不切實際。在這些情況下，雲端可以在需要時，提供最新的運算和儲存资源，並具有高度的靈活性，即用即付(pay-as-you-go)。
雲端的彈性也有助於降低結果成本。各家雲端的價格確實有所不同，因為有些供應商允許透過競標的方式來提供運算服务，導致費率因需求而異。隨著雲端供應商開發成本更低的運算资源，例如利用過剩容量的現貨實例，他們也許能提供更低的價格。设计公司應該把握時機，善用這些EDA 解决方案。
圖說：半導體设计工程師可以善用雲端EDA解决方案提供的計算资源，從中獲益。
高水平的安全性和系統正常運行時間(System Uptime)
半導體產業對遷移到雲端的猶豫，與對安全性和系統正常運行時間的顧慮息息相關，這是可以理解的。採用現代雲端安全性技術、雲端原生流程(cloud-native processes)及技術，有助於確保在安全、受監控的雲端基礎架構上執行EDA工作。為此，EDA 供應商與雲端安全供應商密切合作，調整他們的技術，以保護 EDA 工作並防止資料洩漏。應用高強度的身份和存取管理，可以確保在EDA工具當中，有效管理使用者的存取權限。
雲端供應商通常在責任共擔模式(shared responsibility model)下營運。其中雲端供應商承擔「雲端本身」(即資料中心)的安全責任，而他們的客戶(如EDA公司)則承擔「雲端內部」的安全性。EDA產業應該要充分了解這個模式的含義。雲端供應商是否在其基礎架構和應用程式中，從頭開始建構安全性，並確保操作的安全性？EDA 供應商是否使用適用於雲端環境的加密處理以及最新的監控和故障排除工具？
至於系統正常運行時間，雲端供應商正在構建大量閒置的资源，以確保其計算资源的高可用性(high availability)和彈性(resiliency)；例如通過高可用性集群(high availability clusters)，EDA 應用程式可以在此集群之間交替運行，提供更好的可靠性和正常運行時間。
雲端就緒 EDA 和 IP 产物組合
在雲端合作伙伴微軟(Microsoft)、AWS 和Google雲端平台(Google Cloud Platform)的支持下，新思科技依循數個技術軸(technology axes)進行創新，以優化其領先的EDA軟體。當您在雲端上设计及验证晶片，或是將您的軟體移轉到雲端時，這些優化的應用程式可以為您提供生產力、可擴展性、安全性和靈活性。借助我們的雲端就緒设计(cloud-ready design)、验证和 IP 解决方案，您可以體驗雲端晶片设计的優勢：
- 更快获得结果：我們的解决方案已在主要公共雲端平台上進行生產验证，並得到多數半導體代工廠的認可，可與他們的元件庫和製程设计套件(PDK)配合使用
- 提高结果质量：我們的解决方案善用雲端大規模的可擴展性和彈性
- 更低的结果成本：我們的解决方案具有彈性和穩健性，可利用雲端上成本優化的實例
在半導體產業中，高性能晶片的功能越來越豐富，帶來巨大的競爭壓力，也持續不斷地驅使技術高速創新、成本持續壓低。與此同時，EDA 和 IP 供應商之間的創新，造就出優化的雲端解决方案。這些解决方案足以支持極高的運算需求，並縮短晶片设计和验证任務的周期時間。簡言之，隨著EDA上雲端日益增加的複雜度，不僅為半導體創新另闢途徑，也進而加速自身被採用的速度。這是一個良性循環，將為整個產業及在這個萬物智能時代(era of Smart Everything)中仰賴先進矽晶片的各行各業，帶來美好的結果！