為何今年將成為EDA上云元年？

芯片設(shè)計(jì)上云的歷史，可能比很多人預(yù)想得更為久遠(yuǎn)。早在2011年，EDA上云就開(kāi)始被當(dāng)時(shí)的主要市場(chǎng)參與者提起，但當(dāng)時(shí)不同的EDA、IP供應(yīng)商之間幾乎沒(méi)有合作;與此同時(shí)“安全”是所有芯片設(shè)計(jì)企業(yè)需要慎重考慮的問(wèn)題——究竟哪些代碼能上云尚難理清;上云成本還非常高。

這股風(fēng)潮很快停息，其后又陸續(xù)有EDA上云的方案出現(xiàn)，芯片設(shè)計(jì)上云步入正軌是2017年之后，并成為新熱點(diǎn)——以主要的三大EDA廠商與云服務(wù)供應(yīng)商合作為代表。

在芯片設(shè)計(jì)上云漲落幾波之際，很多企業(yè)對(duì)于上云一事，仍是心存疑慮的，畢竟這次也可能只是個(gè)鼓吹的風(fēng)潮。不過(guò)從市場(chǎng)參與者的各方動(dòng)作來(lái)看，近兩年是芯片設(shè)計(jì)上云底層技術(shù)、安全、算力需求、市場(chǎng)大環(huán)境各方發(fā)展到位，真正促成芯片設(shè)計(jì)上云的兩年，是行業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展與積累的結(jié)果。

國(guó)內(nèi)頗具說(shuō)服力的紫光集團(tuán)旗下某5G 7nm SoC項(xiàng)目，是芯片設(shè)計(jì)上云的實(shí)踐代表。紫光芯片云平臺(tái)1.0方案上線之前，紫光集團(tuán)內(nèi)部即以這顆5G 7nm芯片練手，從去年8月中旬開(kāi)始，該項(xiàng)目在紫光芯片云之上進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真與驗(yàn)證工作。月均算力超過(guò)500臺(tái)高性能裸金屬服務(wù)器，單臺(tái)服務(wù)器內(nèi)存峰值需求達(dá)到1.5TB，到10月底項(xiàng)目收尾并tape-out。

去年8月，紫光芯片云1.0版本發(fā)布;上個(gè)月紫光芯片云2.0版本問(wèn)世。這其中的軌跡，更能管中窺豹地展現(xiàn)芯片設(shè)計(jì)上云本身的趨勢(shì)，以及它為何是個(gè)趨勢(shì)。

算力需求的漲落

首先，對(duì)于較為復(fù)雜的芯片而言，仿真算力需求變得越來(lái)越大。在如今的尖端制造工藝節(jié)點(diǎn)上，DRC（Design RuleCheck，設(shè)計(jì)規(guī)則檢查）已經(jīng)不只是簡(jiǎn)單的DRC了，還牽扯到eqDRC、多重曝光（Multi-patterning）、模式匹配等問(wèn)題;LVS（Layout Versus Schematic，一致性檢查）則需要加上ESD檢查、可靠性檢查之類的問(wèn)題;Dummy Fill填充也不像過(guò)去那么簡(jiǎn)單……不僅檢查操作數(shù)量在增加，類型也在擴(kuò)展——尤其到了7nm、5nm節(jié)點(diǎn)，算力需求在增加。

節(jié)點(diǎn)迭代、單位面積內(nèi)容納2倍左右的晶體管數(shù)量，造成的算力需求增長(zhǎng)還在持續(xù)。紫光云公司CTO辦公室主任鄧世友此前在接受采訪時(shí)提到，“一顆小小的藍(lán)牙芯片，可能幾臺(tái)機(jī)器就行;但CPU、GPU、NPU這樣的大規(guī)模芯片，沒(méi)有上百臺(tái)、數(shù)百臺(tái)臺(tái)設(shè)備規(guī)模，根本就無(wú)法完成?！痹O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要長(zhǎng)時(shí)間做無(wú)意義的等待。僅以內(nèi)存需求舉例，前文提到7nm 5G SoC后仿用到1.5TB紫光云裸金屬服務(wù)器內(nèi)存，后續(xù)5nm項(xiàng)目則將需要3TB內(nèi)存。

芯片設(shè)計(jì)企業(yè)若按照傳統(tǒng)的自采自用，在這方面的投入將是巨大的。資源的規(guī)劃是比較復(fù)雜的問(wèn)題，比如制造工藝節(jié)點(diǎn)迭代，預(yù)期的算力需求增長(zhǎng)是否超過(guò)現(xiàn)有資源;如若企業(yè)內(nèi)部有不同的設(shè)計(jì)項(xiàng)目并行，如何按照不同項(xiàng)目進(jìn)度來(lái)規(guī)劃算力的優(yōu)化分配。這些對(duì)于中小型企業(yè)而言是相當(dāng)敏感的問(wèn)題和迫切的需求。

與10年前相比，云端算力正面臨一波革新，為芯片設(shè)計(jì)不同階段提供所需算力原本就是云服務(wù)的重要價(jià)值。芯片設(shè)計(jì)企業(yè)自己購(gòu)買一臺(tái)服務(wù)器，用100個(gè)小時(shí)進(jìn)行芯片仿真驗(yàn)證，相對(duì)以云上的100臺(tái)服務(wù)器資源，1小時(shí)就能完成相同工作量。其中最主要的價(jià)值是效率提升100倍，極大程度降低time-to-market的時(shí)間成本。

安全性不再是問(wèn)題

過(guò)往限制芯片設(shè)計(jì)上云的另一個(gè)重要因素就是IP的安全性問(wèn)題。IP從自己手里轉(zhuǎn)到云上，任何企業(yè)都需會(huì)在意安全性問(wèn)題。這在云服務(wù)發(fā)展尚不成熟的年代的確是個(gè)桎梏。

不過(guò)這些年，云計(jì)算技術(shù)本身的發(fā)展，無(wú)論是公有云安全性提升，還是混合云可用性提升，都正打消芯片設(shè)計(jì)企業(yè)在這方面的顧慮;IP供應(yīng)方——包括foundry廠商正逐步走上云端——PaaS模型在行業(yè)內(nèi)相當(dāng)普遍，EDA廠商現(xiàn)在都支持客戶在云平臺(tái)開(kāi)發(fā)和運(yùn)行PDK。這對(duì)行業(yè)而言是相當(dāng)重要的突破。

云服務(wù)供應(yīng)商在安全策略方面也算是各顯神通，不管是安全網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)控制、數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)加密、文件服務(wù)系統(tǒng)方面的革新，還是特設(shè)的安全服務(wù)。

事實(shí)上去年紫光芯片云1.0在安全性方面表現(xiàn)為參考金融體系做安全架構(gòu)，包括獨(dú)立專區(qū)、物理隔離互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)級(jí)高可用設(shè)備選型（存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、加密），達(dá)成云計(jì)算等保2.0三級(jí)要求;以及核心安全設(shè)備專機(jī)專用、數(shù)據(jù)加密、密鑰自管理等。

前不久發(fā)布的紫光芯片云2.0其中一個(gè)升級(jí)點(diǎn)也在安全性上。鄧世友談到：“去年紫光芯片云有個(gè)核心技術(shù)，叫透明加密技術(shù)，做到云端數(shù)據(jù)的密文存儲(chǔ)。今年芯片云2.0方案中還融入了H3C Workspace設(shè)計(jì)云桌面安全接入方案，給所有設(shè)計(jì)人員提供云端專門接入系統(tǒng)，無(wú)論在哪里都能接入。接入設(shè)計(jì)環(huán)境的時(shí)候，可以保證數(shù)據(jù)不落地，不會(huì)傳到個(gè)人電腦，避免數(shù)據(jù)在本地電腦泄露?！?/p>

另一方面，以紫光芯片云為代表的云供應(yīng)商在力推“同構(gòu)混合云”，將公有云和私有云做了混合與統(tǒng)一，采用紫鸞的技術(shù)棧，兩片云的體驗(yàn)保持一致。對(duì)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)而言，一部分核心資源與設(shè)備應(yīng)用于私有云，另一方面則讓公有云在算力突發(fā)期間作出補(bǔ)充。這在安全性與性價(jià)比兩方面，都是更有優(yōu)勢(shì)的方案。

市場(chǎng)玩家開(kāi)始積極參與

以EDA廠商為代表的市場(chǎng)參與者目前都在積極布局上云策略，不僅是全球三大EDA廠商自前兩年開(kāi)始布局，中國(guó)國(guó)內(nèi)的EDA廠商也開(kāi)始逐漸擁抱云。

鄧世友提到，芯片設(shè)計(jì)5大核心要素包括IT、CAD環(huán)境、EDA工具、IP、PDK工藝庫(kù)。芯片云本身主要解決前兩個(gè)問(wèn)題，后三個(gè)就需要市場(chǎng)玩家共同合作了。

“EDA工具、IP以及PDK，我們正在積極與國(guó)內(nèi)外主流廠商洽談合作。許多IP和Foundry廠商都很積極地期望與我們合作，已經(jīng)進(jìn)入到了細(xì)節(jié)落地的階段”生態(tài)合作伙伴的共同參與，這是芯片設(shè)計(jì)上云市場(chǎng)真正走向成熟的重要標(biāo)志。

國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇

在技術(shù)問(wèn)題逐步到位之際，芯片設(shè)計(jì)上云的時(shí)機(jī)亦基本到位。對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)而言，還有一些特殊性在推動(dòng)這一趨勢(shì)，主要表現(xiàn)在芯片設(shè)計(jì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇。

去年中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)目前有2218家芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，其中87%左右是規(guī)模在100人以下的小型企業(yè)。這些中小企業(yè)的痛點(diǎn)在于人才、設(shè)計(jì)能力缺乏，以及基礎(chǔ)設(shè)施跟不上。與此同時(shí)由于競(jìng)爭(zhēng)的加劇，要求企業(yè)以更快的速度將芯片產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

芯片云恰好能夠解決這些問(wèn)題，包括算力的充沛及彈性供給，IT基礎(chǔ)設(shè)施、CAD皆準(zhǔn)備就緒，加上更多EDA、IP、Foundry相關(guān)資源的整合，為中小型芯片設(shè)計(jì)企業(yè)提供了天然解決固有痛點(diǎn)的平臺(tái)，時(shí)間與成本都得到極大程度的降低。

另一方面，紫光芯片云在此還有身份上的特殊性。紫光集團(tuán)旗下本身有紫光國(guó)芯、新華三半導(dǎo)體這樣具備較強(qiáng)設(shè)計(jì)能力的團(tuán)隊(duì)。紫光芯片云將這樣的優(yōu)勢(shì)資源做對(duì)外能力輸出，這也是紫光芯片云2.0版本的重要升級(jí)所在?！白瞎鈬?guó)芯本身在做設(shè)計(jì)相關(guān)服務(wù)，新華三半導(dǎo)體也可以把一些團(tuán)隊(duì)能力在空檔期做輸出，為小型設(shè)計(jì)企業(yè)提供服務(wù)。”

與此同時(shí)，除了解決“把芯片做出來(lái)”的問(wèn)題，紫光芯片云還在探討“把芯片賣出去”的問(wèn)題。紫光集團(tuán)旗下除了芯片板塊之外，還有云網(wǎng)板塊，新華三即是云網(wǎng)板塊最大體量的企業(yè)，在服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安全、WIFI的硬件設(shè)備市場(chǎng)份額都做到了國(guó)內(nèi)TOP2。紫光集團(tuán)期望藉由集團(tuán)內(nèi)部資源，幫助芯片設(shè)計(jì)企業(yè)完成商業(yè)閉環(huán)?！盎谧瞎庠破脚_(tái)做芯片設(shè)計(jì)，未來(lái)我們可以優(yōu)先幫助客戶打通認(rèn)證、適配、評(píng)估等環(huán)節(jié)?！编囀烙颜f(shuō)。

芯片設(shè)計(jì)上云時(shí)機(jī)已到

除了上述幾個(gè)重要原因之外，芯片設(shè)計(jì)上云也是更多需求促成的，典型的比如芯片設(shè)計(jì)有了多地研發(fā)協(xié)同的需求，這對(duì)安全、同步傳輸?shù)燃夹g(shù)都提出了要求，芯片云具備了更大的優(yōu)勢(shì)。

2021年可能會(huì)成為芯片設(shè)計(jì)上云元年，其依據(jù)在芯片設(shè)計(jì)上云的技術(shù)問(wèn)題都正逐步解決，芯片設(shè)計(jì)上云不再像多年前那樣只是個(gè)簡(jiǎn)單的口號(hào)。彈性算力、安全、市場(chǎng)參與者準(zhǔn)備就緒，都是個(gè)中關(guān)鍵。而國(guó)際貿(mào)易大環(huán)境，令半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向中國(guó)國(guó)內(nèi)偏移，芯片設(shè)計(jì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，則將進(jìn)一步促成芯片設(shè)計(jì)上云?；蛟S未來(lái)的芯片設(shè)計(jì)初創(chuàng)企業(yè)會(huì)將上云作為進(jìn)入行業(yè)的起始配置。