为何今年将成为EDA上云元年？

来源 | IC咖啡

芯片设计上云的历史，可能比很多人预想得更为久远。早在2011年，EDA上云就开始被当时的主要市场参与者提起，Synopsys首先提出EDA公有云。不过彼时Synopsys和Cadence都提到，“云计算尚不适用于定制化很强的工作流”；不同的EDA、IP供应商之间几乎没有合作；与此同时“安全”是所有芯片设计企业需要慎重考虑的问题——究竟哪些代码能上云尚难理清；上云成本还非常高。

这股风潮很快停息，其后又陆续有EDA上云的方案出现，包括2015年IBM与SiCAD合作，提出基于自家的云基础设施来提供工具，用户按时间、流量付费；芯片设计上云步入正轨是2017年之后，并成为新热点——以主要的三大EDA厂商与云服务供应商合作为代表。

在芯片设计上云涨落几波之际，很多企业对于上云一事，仍是心存疑虑的，毕竟这次也可能只是个鼓吹的风潮。不过从市场参与者的各方动作来看，近两年是芯片设计上云底层技术、安全、算力需求、市场大环境各方发展到位，真正促成芯片设计上云的两年，是行业长久发展与积累的结果。

国内颇具说服力的紫光集团旗下某5G 7nm SoC项目，是芯片设计上云的实践代表。紫光芯片云平台1.0方案上线之前，紫光集团内部即以这颗5G 7nm芯片练手，从去年8月中旬开始，该项目在紫光芯片云之上进行设计仿真与验证工作。月均算力超过500台高性能裸金属服务器，单台服务器内存峰值需求达到1.5TB，到10月底项目收尾并tape-out。

去年8月，紫光芯片云1.0版本发布；上个月紫光芯片云2.0版本问世。这其中的轨迹，更能管中窥豹地展现芯片设计上云本身的趋势，以及它为何是个趋势。

算力需求的涨落

首先，对于较为复杂的芯片而言，仿真算力需求变得越来越大。在如今的尖端制造工艺节点上，DRC（Design Rule Check，设计规则检查）已经不只是简单的DRC了，还牵扯到eqDRC、多重曝光（Multi-patterning）、模式匹配等问题；LVS（Layout Versus Schematic，一致性检查）则需要加上ESD检查、可靠性检查之类的问题；Dummy Fill填充也不像过去那么简单……不仅检查操作数量在增加，类型也在扩展——尤其到了7nm、5nm节点，算力需求在增加。

节点迭代、单位面积内容纳2倍左右的晶体管数量，造成的算力需求增长还在持续。紫光云公司CTO办公室主任邓世友此前在接受采访时提到，“一颗小小的蓝牙芯片，可能几台机器就行；但CPU、GPU、NPU这样的大规模芯片，没有上百台、数百台台设备规模，根本就无法完成。”设计团队需要长时间做无意义的等待。仅以内存需求举例，前文提到7nm 5G SoC后仿用到1.5TB紫光云裸金属服务器内存，后续5nm项目则将需要3TB内存。

芯片设计企业若按照传统的自采自用，在这方面的投入将是巨大的。资源的规划是比较复杂的问题，比如制造工艺节点迭代，预期的算力需求增长是否超过现有资源；如若企业内部有不同的设计项目并行，如何按照不同项目进度来规划算力的优化分配。这些对于中小型企业而言是相当敏感的问题和迫切的需求。

与10年前相比，云端算力正面临一波革新，为芯片设计不同阶段提供所需算力原本就是云服务的重要价值。芯片设计企业自己购买一台服务器，用100个小时进行芯片仿真验证，相对以云上的100台服务器资源，1小时就能完成相同工作量。其中最主要的价值是效率提升100倍，极大程度降低time-to-market的时间成本。

另一方面，不同设计阶段对于算力需求是存在差异的，要么无法达成所需算力资源，要么固有资产的算力闲置造成了较大程度的成本浪费。云本身的特点之一就是按需购买算力，满足芯片设计的弹性算力需求。软件技术层面，包括EDA软件平台本身、可实现算力弹性扩展的软件发展走向成熟，亦成为芯片设计走向云的组成部分。

安全性不再是问题

过往限制芯片设计上云的另一个重要因素就是IP的安全性问题。IP从自己手里转到云上，任何企业都需会在意安全性问题。这在云服务发展尚不成熟的年代的确是个桎梏。

不过这些年，云计算技术本身的发展，无论是公有云安全性提升，还是混合云可用性提升，都正打消芯片设计企业在这方面的顾虑；IP供应方——包括foundry厂商正逐步走上云端——PaaS模型在行业内相当普遍，EDA厂商现在都支持客户在云平台开发和运行PDK。这对行业而言是相当重要的突破。

云服务供应商在安全策略方面也算是各显神通，不管是安全网络的访问控制、数据传输与存储加密、文件服务系统方面的革新，还是特设的安全服务。

事实上去年紫芯片云1.0在安全性方面表现为参考金融体系做安全架构，包括独立专区、物理隔离互联网、企业级高可用设备选型（存储、网络、加密），达成云计算等保2.0三级要求；以及核心安全设备专机专用、数据加密、密钥自管理等。

前不久发布的紫光芯片云2.0其中一个升级点也在安全性上。邓世友谈到：“去年紫光芯片云有个核心技术，叫透明加密技术，做到云端数据的密文存储。今年芯片云2.0方案中还融入了H3C Workspace设计云桌面安全接入方案，给所有设计人员提供云端专门接入系统，无论在哪里都能接入。接入设计环境的时候，可以保证数据不落地，不会传到个人电脑，避免数据在本地电脑泄露。”

另一方面，以紫光芯片云为代表的云供应商在力推“同构混合云”，将公有云和私有云做了混合与统一，采用紫鸾的技术栈，两片云的体验保持一致。对芯片设计企业而言，一部分核心资源与设备应用于私有云，另一方面则让公有云在算力突发期间作出补充。这在安全性与性价比两方面，都是更有优势的方案。

市场玩家开始积极参与

以EDA厂商为代表的市场参与者目前都在积极布局上云策略，不仅是全球三大EDA厂商自前两年开始布局，中国国内的EDA厂商也开始逐渐拥抱云。这个过程是渐进式的，不仅是EDA、IP、Foundry厂商上云的方式有所不同，也在于云服务供应商如何做好IT基础设施、算力的高效弹性规划——这些都需要经验积累。

邓世友提到，芯片设计5大核心要素包括IT、CAD环境、EDA工具、IP、PDK工艺库。芯片云本身主要解决前两个问题，后三个就需要市场玩家共同合作了。

“EDA工具、IP以及PDK，我们正在积极与国内外主流厂商洽谈合作。许多IP和Foundry厂商都很积极地期望与我们合作，已经进入到了细节落地的阶段”生态合作伙伴的共同参与，这是芯片设计上云市场真正走向成熟的重要标志。

国内芯片设计市场竞争的加剧

在技术问题逐步到位之际，芯片设计上云的时机亦基本到位。对国内市场而言，还有一些特殊性在推动这一趋势，主要表现在芯片设计市场竞争的加剧。这是国际贸易大环境变动所致。

去年中国半导体行业协会的数据显示，中国目前有2218家芯片设计企业，其中87%左右是规模在100人以下的小型企业。这些中小企业的痛点在于人才、设计能力缺乏，以及基础设施跟不上。与此同时由于竞争的加剧，要求企业以更快的速度将芯片产品推向市场。

芯片云恰好能够解决这些问题，包括算力的充沛及弹性供给，IT基础设施、CAD皆准备就绪，加上更多EDA、IP、Foundry相关资源的整合，为中小型芯片设计企业提供了天然解决固有痛点的平台，时间与成本都得到极大程度的降低。

另一方面，紫光芯片云在此还有身份上的特殊性。紫光集团旗下本身有紫光国芯、新华三半导体这样具备较强设计能力的团队。紫光芯片云将这样的优势资源做对外能力输出，这也是紫光芯片云2.0版本的重要升级所在。“紫光国芯本身在做设计相关服务，新华三半导体也可以把一些团队能力在空档期做输出，为小型设计企业提供服务。”

与此同时，除了解决“把芯片做出来”的问题，紫光芯片云还在探讨“把芯片卖出去”的问题。紫光集团旗下除了芯片板块之外，还有云网板块，新华三即是云网板块最大体量的企业，在服务器、存储、网络、安全、WIFI设备市场份额都做到了国内TOP2。紫光集团期望藉由集团内部资源，帮助芯片设计企业完成商业闭环。“基于紫光云平台做芯片设计，未来我们可以优先帮助客户打通认证、适配、评估等环节。”邓世友说。

芯片设计上云时机已到

除了上述几个重要原因之外，芯片设计上云也是更多需求促成的，典型的比如芯片设计有了多地研发协同的需求，这对安全、同步传输等技术都提出了要求，芯片云具备了更大的优势。

2021年可能会成为芯片设计上云元年，其依据在芯片设计上云的技术问题都正逐步解决，芯片设计上云不再像多年前那样只是个简单的口号。弹性算力、安全、市场参与者准备就绪，都是个中关键。而国际贸易大环境，令半导体产业向中国国内偏移，芯片设计市场竞争加剧，则将进一步促成芯片设计上云。或许未来的芯片设计初创企业会将上云作为进入行业的起始配置。

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