響應EDA上雲趨勢 IC設計變革衝出台灣半導體奇蹟!

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發佈日期 2021-03-16


響應EDA上雲趨勢 IC設計變革衝出台灣半導體奇蹟!

半導體一直是台灣引以為傲的產業,憑藉著完整的產業聚落及專業分工兩大優勢,得以在國際市場上占有舉足輕重的地位。根據國際半導體產業協會(SEMI)於2020年10月公佈的最新報告,台灣半導體產業總產值預計將達新台幣3兆元以上,可望超越南韓,成為全球第二大,僅次於美國。其中,在晶圓封裝及測試的產值是全球第一、IC設計則為全球二。

雖然半導體產業前景佳,但受到全球競爭日趨激烈、產品迭代速度越來越快等因素影響,單靠產業與分工兩大優勢,很難維持既有競爭力。尤其各種新興應用(如:人工智慧、物聯網、5G)問市,更加深IC設計的挑戰,以5G為例,因為是高頻訊號,使得RF前端IC要處理更多雜訊,加深IC設計複雜度,相對得花費更多時間進行模擬驗證。為此,IC產業長久以來一直在尋求設計時的敏捷協作環境,及EDA(電子設計自動化)驗證的高效運算平台,以爭取產品的最短推出時間,而在雲上進行開發設計,也就成為半導體產業的必然趨勢。

 

Ansys攜手微軟打造Ansys Cloud提供隨需擴充HPC資源

EDA市場後起之秀、知名模擬軟體業者Ansys,便相當看好EDA上雲的發展趨勢,與微軟攜手在Azure平台上打造Ansys Cloud,讓半導體客戶可以輕鬆使用Azure雲端運算資源來運行Ansys軟體,滿足在5G、AI等發展下,日益龐大且複雜的IC模擬運算需求。

目前Ansys旗下的HFSS、Maxwell、SIwave、Mechanical、Fluent、LSDyna、Discovery等軟體,都已經可以在Ansys Cloud運作,由於Ansys已經事先處理好上雲前相關的前置作業,如:軟體安裝、雲端設置…等,工程師只需選擇機器和區域,就可以開始在Azure上運作Ansys。

以Ansys高頻結構模擬軟體(HFSS)為例,如果要在地端運行並模擬整顆IC晶片的運作,就得使用相當大量的運算資源,例如:單次運行所需要的記憶體容量(RAM)可能就高達2.7TB,這通常只有高效能運算設備(HPC)才能滿足這樣的需求,但HPC採購與維運成本較高,一般中小型企業很難有充足的資源在自家機房建置HPC。

因此,當企業要進行大型積體電路的模擬運算(例如:5G)時,在地端資源有限的情況下,只能降低模擬的精準度,或是改用多次小規模運算的方式去設計晶片,這兩種做法無論哪一種都有可能帶來高雜訊、低準確性的風險,造成後續重工或是增加成本。

而Ansys將HFSS放上Azure後,採用Azure平台H系列虛擬機來運行HFSS工作負載,由於H系列虛擬機採用Intel Xeon Platinum 8168 CPU,透過多核心進行平行運算,再搭配獨特的InfiniBand高速傳輸架構,可以做到很高的資料吞吐量(throughput),進而提供與高效能運算(HPC)設備相同的資源與算力,不只充分滿足Ansys HFSS軟體的模擬分析需求,尤其在5G這種超大型積體電路的設計會有很明顯的成效,可以替企業省下部署與維運HPC相關設備的龐大成本,還能兼顧IC產業對時效性的要求。根據Ansys測試,HFSS上雲後,可以在32個小時內完成網格劃分、12個小時內完成5GHz RFIC全晶片的模擬驗證。

對於已經投資自有HPC的大型企業來說,在自有系統容量到達極限時,可以運用Ansys Cloud滿足其巔峰需求。至於中小型企業則可以用更低成本的方式,彈性、隨需地使用HPC運算資源,省下自行建置維運的成本。

 

EDA on Azure四大效益分析

整體而言,EDA上雲後,可望為半導體業者帶來四大效益。

第一、將運算資源做最佳分配。半導體業者可以按照IC專案的優先順序進行資源調配,將比較重要、時程較緊迫的專案,優先上到Azure進行模擬,不必擔心尖峰期間、IT運算容量不足的問題,也讓工程師有比較充裕的時間反覆進行驗證,降低生產階段的錯誤風險,同時還可提高內部IC設計作業的彈性與敏捷度,即便客戶有較迫切的需求,也同樣能做到”Time to Market”的要求。

第二、大幅節省IT維運成本。透過Azure雲端彈性擴充、隨選即用的特性,可以省下的成本,不只是每年的硬體採購及維運費用,還包括IT利用率的提升,這是企業在評估成本時,比較少考量到的隱藏成本。

平均而言,企業上雲後的雲服務使用率約70%,這意味著企業的IT基礎設施浪費了30%,更不用說維護/操作、電源、空間、軟體版本更新等成本,透過Azure協助企業管理IT資源,企業的TCO收益肯定預估將超過30%。更重要的是,微軟會負責更新IT系統版本,提供最新且最先進的硬體資源與軟體版本,確保在Azure雲平台上的運算資源可以發揮最大效率。

第三則是確保IC設計正確性,在晶片交付生產的關鍵時刻,避免發生任何的意外或疏失,否則不只是會增一次性工程成本(NRE),更有可能延後產品上市時程,造成公司更巨大的損失。

第四則為優化EDA生產力。由於每個EDA工具/工作流程需要使用的運算資源不同,像前端晶片設計(如:RTL)需要大量的運算處理,但在後端設計(如:LVS/DRC、自動佈局佈線ARP、時序驗證Timing sign off)則很消耗記憶體容量。而傳統地端主機的資源,都是採購時就固定好的規格,不會因為目前要處理的是EDA前端工作(或後端工作),就提供多一點CPU(或記憶體),但是雲服務可以,其按照EDA工作需求提供相對應的資源,故能優化EDA模擬驗證的生產力。

 

(資料來源:數位時代)

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