Microsoft：中國芯片設計云技術白皮書2.0（47頁）.pdf

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1、1中國芯片設計云技術白皮書 中國芯片設計 微軟（中國）有限公司 由微軟智能云提供計算服務 2中國芯片設計云技術白皮書 第一章前言 第二章設計云平臺中國市場規劃 第 1 節芯片設計企業技術生態環境 第 2 節芯片設計云生態規劃 1.1 1.2 1.3 1.4 IP 資源庫以及技術支持 工藝庫資源以及技術支持 EDA 資源以及技術支持 IT 與 CAD 技術支持 2.1 2.2 2.3 統一云平臺，集成五要素 各自上云，永不落地 云計算三層架構 (1) (2) (3) CAD 技術支持 IT 基礎架構與技術支持 IT 與 CAD 管理發展路徑 CONTENT 目錄 03 16 04 05 08 1

2、1 11 13 15 17 17 18 01 03 3中國芯片設計云技術白皮書 基于 Azure 的 MVP 成本節省模型探討 一切都剛剛開始，一切都即將結束 MVP 架構設計 MVP 中的三個獨立隔離子區 靜態模型 動態方法論的探討 MVP 測試報告 MVP 演示視頻 第 1 節 第 2 節 第 3 節 第 4 節 第 1 節 第 2 節 第 3 節 第 4 節 第 1 節 第 2 節 系統拓撲設計 云計算基礎架構層 設計云管理平臺 平臺安全方案 3.1 3.2 4.1 4.2 2.1 2.2 2.3 資源規劃與實現PaaS 層 資源管理規劃與實現SaaS 層 中央管理子區 IP 供應商子區

3、 設計公司子區 云計算安全基礎 數據傳輸和指紋技術 29 31 34 35 24 24 27 29 36 36 39 41 19 21 21 19 22 23 31 32 32 第三章 第四章 第五章 尾聲 設計生態云技術架構詳解 1中國芯片設計云技術白皮書 第一章前言 在多方面因素的推動下，中國的芯片設計行業迎來 了前所未有的發展契機。當前，我國芯片設計業的 產品范圍已經涵蓋了幾乎所有門類，且部分產品已 擁有了一定的市場規模，但我國芯片產品總體上仍 然處于中低端，正處在逐步向高端芯片研發演進的 過程中。 縱觀過去兩年的全球半導體設計市場，芯片設計公 司、EDA 工具供應商與公有云服務供應商也

4、都開始探 索云計算如何與芯片設計的流程與仿真設計更好的結 合，以實現大規模的彈性計算，更快的面向市場，并 獲得更低的成本?？梢哉f主流的設計公司都有 1-2 款 芯片在做全面利用云技術的設計?？梢灶A見的是，在 先進制程的競爭中，如何更好地應用云計算，實現更 快的產品面世，更順暢的設計流程，是芯片設計企業 不能忽視和跳過的領域。 隨著國家級芯片戰略的明確和發布，眾多的芯片設 計企業也逐步提升產品技術水平，再加上國內在全 球領先的消費電子類企業，本著其擁有大量終端應 用場景的優勢，也全面涉足芯片設計領域。在這樣 的背景下，對于芯片設計企業 / 部門來說，如何快 速地實現產品研發，提升效率，同時實現更

5、低的成 本， 具有巨大擴展性的 “云” 就成為了一個很好的倚仗。 但如何安全可控的將更多的設計流程搬到云端，利 用云計算彈性可擴展，與下端工廠更好的對接，實 現更快的產品上市，就成為了一個值得探討的話題。 對于芯片設計企業，產品迭代加速，標準不斷演變， 以及不斷需要更高的性能，都壓縮了設計周期和上 市時間。隨著設計越來越復雜，企業需要在開發的 每個階段實現更好的設計流程和全面驗證，而新的 工藝也需要大量的計算能力來解決這種過程變異。 這樣技術發展現狀和市場競爭態勢下，微 軟的公有云 Azure 提供了一整套公有云 / 混合云的架構。該架構提供了資源優化、 性能增強、成本節省的方案，使得開發團隊

6、能夠專注 在比較小的時間窗口中，運行更多的迭代、增加模擬 和回歸測試次數，專注提升產品品質和質量。這套方 案已經在全球各領域的芯片研發企業進行過驗證，見 證了此解決方案幫助芯片行業公司實現更高的產量、 更高質量的設計、創新的解決方案和更快的產品交付 速度，這些也是當今芯片行業需要取得成功的要素。 隨著國內“大興土木”、“千家爭鳴”的大局面的興起， 半導體行業的基礎設計平臺EDA 設計環境平臺 也呈現出逐漸升溫的局面。尤其是基于“云”計算的 EDA 設計環境的發展，雖然還處于非常初期的階段， 從各個方面的需求來看，已經是呼之欲出。 在 2中國芯片設計云技術白皮書 以下是云計算應用于 EDA 行業

7、的典型事例介紹： TSMC 2019 年 6 月，Microsoft Azure 和 Mentor 及臺積電在 10 小時內驗證 了 AMD EPYC 上的大尺寸 Radeon Instinct Vega20 集成電路設計，這 是產業多方共同成就“云中 EDA”的一個典型案例。AMD 這款芯片設計 中有 132 億顆晶體管，數量是驚人的，通過在 Microsoft Azure 云平臺 上運行臺積電認證的 7nm Mentor Calibre 設計套件，AMD 在 19 個小 時內完成了兩次驗證，大幅縮短了物理驗證的總周轉時間。 此外，AMD 還將 Calibre nmDRC 擴展到 69 個

8、HB 虛擬機上的 4140 個內核，使工程師能夠平 衡緊迫的時間與苛刻的成本。 臺積電的開放式創新平臺 (OIP) 云聯盟將 EDA 公司和云服務供應商緊密聯系在一起，共同挖掘 基于云計算的解決方案，釋放 EDA 的“云價值”，助力用戶擁有更多選擇，實現簡便、快速、可 擴展且安全的 EDA 能力。 AMD Cadence Cadence 已經為超過 100 家客戶提供了基于不同模式的云環境搭 建、部署服務及支持：全托管業務模式目前與 Azure 與 AWS 云 平臺合作；客戶自行管理環境的業務模式支持 Azure、AWS 和 Google 云平臺。2020 年 6 月，Cadence 宣布使用

9、在 Microsoft Azure 云 上 基 于 TSMC 技 術 的 Cadence CloudBurst 平 臺 提 供 Cadence Signoff 解決方案，為客戶完 Timing Singoff 提供 了一條加速路徑。Cadence 在 150 臺機器上演示了其 Tempus Timing Signoff 方案可擴展性，可實現最快的 TAT 和并除 timing signeoff 成本降低 2 倍。 作為行業內唯一專業的 IT/CAD 技術服務團隊，摩爾精英 IT/CAD 事業部曾于 2019 年 11 月 21 日的南京 ICCAD 大會上發表的芯片設計云計算白皮書 1.0中，

10、初步探索了 基于公有云的 EDA 計算平臺的實現方案。隨著進一步的探索和方案優化，我們今天將 發布白皮書 2.0，進一步升級迭代 EDA 云計算的實現方案。在這一稿白皮書中，將 基于 Azure 云平臺，呈現包括彈性算力、安全方案、EDA 設計生態云模型等。 本白皮書分析中國半導體行業的技術生態環境，上云趨勢對于半導體行業的技術生態帶 來的影響和改變。 2中國芯片設計云技術白皮書 3中國芯片設計云技術白皮書 第二章設計云平臺中國市場規劃 在半導體行業中，芯片設計公司無疑是行業產業鏈的上游業態。根據魏少軍教授的報告，中國目前芯片設計公 司大約有 2000 家左右，這 2000 家左右的芯片設計企

11、業，營業收入超過 1 億元的不足 100 家，有超過 90% 處 于初創期。每一顆芯片設計研發過程是一個需要 2 到 3 年技術積累和自我迭代的漫長過程。對于芯片設計企業 或團隊來說，需要五個內部的或外部的技術支持角色，給予芯片設計團隊專業的和長期的技術支持，這種支持 將伴隨整個芯片的開發和迭代過程。 這五個技術支持角色缺一不可，然而對于中國半導體目前的發展階段來 說，大多數中小企業這五個方面的技術支持資源還是比較稀缺的。 IP 資源庫與技術支持 EDA 工具庫 與技術支持 Foundry 工藝庫 與技術支持 第 1 節 芯片設計企業技術生態環境 五個技術支持角色： 芯片設計 公司 CAD 技

12、術支持IT 基礎架構與技術支持 IP Foundry IT EDA CAD 4中國芯片設計云技術白皮書 IP 的初期投入很高，主要包括 IP 的研發投入（包括芯片設計的人力成 本，IT/CAD 系統及 EDA 費用等）、為了驗證 IP 功能與性能的投入（包 括芯片代工廠的流片與 IP 的測試費用等） ， 以及拓展市場的商務投入。 IP 業務的收入主要包括：授權金（license fee）與版稅（royalty）兩個部分。授權金 一般在 IP 授權確定時預先支付，版稅在使用 IP 的芯片設計公司項目量產時收取，一 般按照加工晶圓價格的一定百分比收?。ㄒ话悴怀^ 3% 的晶圓價格）。 IP 的商務

13、需求主要是由芯片設計公司與芯片代工廠主導的。芯片設計公司除了自己的設計之外，會需要 大量的標準單元庫，各類存儲器以及 CPU，DSP 和高速接口類型的 IP，這種需求會與 IP 供應商和芯片 代工廠直接討論。另一方面，芯片代工廠為了方便客戶的項目設計并進一步增加自己工藝平臺的吸引力， 也會直接與 IP 供應商合作，布局和完善工藝平臺上的 IP 種類。 IP 業務前期研發投入大，驗證周期長，客戶定制化需求多，研發階段結束后由于 IP 市場競爭的關系價格端也 會遭遇類似摩爾定律的價格下降，導致如果 IP 不能盡快多次出售，可能無法覆蓋研發成本的被動局面。這將 進一步導致沒有足夠的投入到新的 IP

14、研發中，造成 IP 業務的惡性循環。從投入產出比的角度來看，如果 IP 研 發出來后不能夠多次復用或者從客戶的成功量產中獲得一部分的版稅（royalty）收益，從商務模式上看確實是 一門難做的生意。相比于整個芯片銷售來說，IP 的營業額也相對有限，這也是國內資本市場對 IP 業務投入比 較謹慎的一個原因。 因此，如果想要 IP 行業能夠良性快速發展，必須從商務上確保研發出的 IP 能夠被多次授權使用，并能夠從客 戶芯片成功量產中產生版稅收益?？v觀整個 IP 市場，ARM 一家就占據了近一半的市場份額，究其原因除了 ARM IP 本身的產品力之外，商務上能夠很好的復用并有持續不斷的版稅收入起到了

15、關鍵作用。 縱觀近幾年國內芯片行業的發展，AIoT 物聯網應用芯片快速崛起但呈現碎片化特征，很多中小型的芯片設計 公司在利基市場快速涌現。摩爾云端與這些客戶的高效互動大大增加了 IP 復用的機會，多次的 IP 使用分攤了 IP 研發階段的投入；摩爾芯片設計云與供應鏈云的協作，確保了 IP Royalty 商務模式的實現與比重的上升，使 得 IP 供應商可以從客戶芯片的成功量產中長期獲利，更多投入 IP 研發當中形成良性循環。 對于置于云平臺的 IP 供應商來說，更詳細的 IP FQA 說明可以協助客戶的 IP 選型，大大減少 IP 售前的人力投 入與成本，使 IP 供應商把更多的精力用在 IP

16、 的研發與 IP 售后支持中，這又是一個良性的循環過程，使得 IP 選 型的過程變得更加高效和低成本。 1.1 IP 資源庫以及技術支持 4中國芯片設計云技術白皮書 5中國芯片設計云技術白皮書 工藝庫文件是連接晶圓廠同芯片設計 公司以及 EDA 供應商之間最主要的橋 梁和媒介， 是 Foundry 晶圓廠為客戶 提供的最基礎設計文件和數據支持。 工藝庫文件是晶圓廠根據本身工藝能力 , 技術節點及所專 注的不同晶圓產品的特色，在通過公司內部所有相關技術 部門經過多年不斷的工藝數據收集驗證而總結出來的，所 以工藝庫文件是晶圓廠的技術精華和服務客戶關鍵核心。 通常晶圓廠為客戶提供基礎工藝庫文件為 P

17、DK (Process Design Kit) , 而 PDK 一般會包含 “Pcell (Parameterized Cell, 參數化單元 )，Layout Techfi les, Spice Models, 及 PV Rule ( 物理驗證規則 ) 文件 （DR / DRC / LVS, Parasitic Extraction）” 等各種文件，PDK 是晶圓廠用本生的語言所定義的能反應 Foundry 各種工藝的文檔資料； 正是由于 PDK 及相關設計文件的重要性，所以 Design House 如何 能及時向 Foundry 申請并得到正確的設計文件對設計公司開展新的芯片項目設計就十

18、分關鍵了。 1.2 工藝庫資源以及技術支持 DRC LVS PEX (RC Extraction) Pcell Library SPICE Model Layout Tech File PDKModel Silicon Design Rule /Pcm EDA PDKDesignProcess 對于晶圓廠，因為 PDK 及相關設計文件代表 Foundry 的技術核心所在，目前各不同 Foundry 在先進技術節點的技術競爭又十分激烈，所以晶圓廠對本身的設計文件的管控 都有十分嚴格的規定和完善復雜的審批流程，這也導致中小型的設計公司往往需要經過 較為繁瑣的申請手續才能夠得到晶圓廠提供的完整設計文

19、件。 6中國芯片設計云技術白皮書 中小型設計公司在申請晶圓廠提供的設計文件和技術支持過程中， 也經常會 遇到如下的問題及痛點 ( 有些問題甚至會直接導致芯片設計項目的整體延遲 甚至產品失敗 ) : 設計文件和技術支持，而設計公司在晶圓廠能最終注冊成功，通常需 要經過晶圓廠的法務部，市場部，銷售部等各相關部門的復雜詳細的 審批流程，這也大大延長了后續設計文件申請的流程時間及不確定性， 對芯片產品正常評估和設計進度往往會有很大的影響； 在 PDK 中，而其它設計文件需要客戶再額外單獨提申請 ; 但有些中小 型設計公司由于對某些新計劃流片的晶圓廠文件分類和命名方式不熟 悉，往往只申請到部分甚至是錯誤

20、的設計文件，這可能就會造成后續 芯片項目采用了不完全甚至錯誤的設計文件，而最終導致芯片產品的 驗證失??； 果某一芯片設計公司沒有及時收到晶圓廠設計文件進版的信息，還是 采用之前申請到的舊版設計文件進行新產品設計，這樣就可能會導致 新產品在最終驗證時不能達標甚至失效； 本公司負責代工廠聯絡的同事，再通過該聯絡人員聯系晶圓廠的 Contact Window, 然后才能將問題提交到晶圓廠負責設計文件技術支持 的部門，這個流程往往耗費很多時間和溝通的環節， 對整個芯片產品 的設計進度會造成影響。 如果中小型芯片設計公司是第一次計劃在 Foundry 流片并需 要申請相關設計文件進行評估，就得首先向晶圓

21、廠注冊并申 請成為晶圓廠認為合格 Qualifi ed 的客戶，然后才能開始申請 不同 Foundry 晶圓廠對自己設計文件的分類及命名管控流程 都不同，比如有的晶圓廠會把所有同一技術節點的設計相關 文件都包在 PDK package 中，但有些晶圓廠只把部分文件包 晶圓廠為了能實時糾正所發現的工藝偏差，通常會定期或不 定期地將設計文件進行進版更新，而這個文件進版更新的信 息往往不能及時傳達到所有相關設計公司 Design House。如 芯片設計公司的設計技術人員在使用設計文件 setup PDK 時， 往往會遇到各種難題或疑問需要晶圓廠提供技術支持，而這 時候可能因為一個小的技術問題就需要

22、設計技術人員先找到 A B C D 7中國芯片設計云技術白皮書 芯片設計云平臺能利用平臺優勢為客戶提 供如下重要的服務： 1 2 3 4 5 保證按相對應代工廠的申請流程及使用授權書要求，在短時間內協 助客戶能在設計云平臺上評估所需要的代工廠設計文件 把不同晶圓廠的設計文件清楚的分類并標記，形成 PDK 庫， 從而協助芯片設計人員能通過平臺快速找到正確并完整的設計 文件 實時同步更新晶圓廠最新版本的設計文件，并在平臺統一 發布更新通知 提供自助的 PDK 安裝 / 配置服務，并能無縫將新的 PDK 加入到芯片設計項目環境中 在客戶和晶圓廠之間建立技術支持的橋梁，使得用 戶能在線獲得代工廠快速和

23、高效的技術支持 設計公司通過芯片設計云平臺提供的流 暢的文件申請評估流程及充分的技術支 持服務，能夠充分避免上面列舉出的在 使用晶圓廠設計文件和技術支持經常遇 到的問題和痛點。 7中國芯片設計云技術白皮書 8中國芯片設計云技術白皮書 EDA，即電子設計自動化（Electronics Design Automation）的縮寫。一般來說，EDA 設計工具 的形態是一套計算機軟件。EDA 產業是集成電路設計產業的最上游，也是整個電子信息產業的 基石之一。集成電路的設計離不開 EDA 工具，如果說芯片是子彈，是糧食的話，那么芯片 EDA 工具則是制造子彈，加工糧食的工具，其重要性可見一斑。 EDA

24、工具的產業規模并不大，2018 年全球 EDA 市場規模僅有 97.15 億美元而已，相對于幾千億 美金的集成電路產業來說占比不到 5%。但在目前，EDA 產業是一個非常明顯的寡頭壟斷結構。 最大的三家 EDA 供應商Synopsys，Cadence 和 Mentor（已被西門子收購）的市場占有率 達到了 60% 以上。而在集成電路設計領域，三家大廠的市場占有率就更高了。前 3 家 EDA 公 司（Synopsys、Cadence 及 Mentor）壟斷了國內芯片設計 95% 以上的市場，他們能給客戶提 供完整的前后端技術解決方案。所以，EDA 對集成電路產業具有“卡脖子”的戰略地位，如果這

25、三家大廠對某個集成電路供應商關閉工具供應的話，那同直接下手“掐死”這個供應商是沒什么兩 樣的。這兩年的中興、華為事件，我們都看到三大 EDA 公司一旦對國產芯片公司斷供帶來的長 遠影響。 壟斷市場、技術差距和專利壁壘等，帶來了三家大廠 EDA 工具的普遍高價格，對于芯片設計企 業來說，購買 EDA 工具和獲得 EDA 供應商的支持需要付出高昂的代價。而在當下，國內 EDA 公司還處于艱難的生存階段，市占率不到 5%，客戶使用意愿相對偏低。國產 EDA 產業同國際 先進水平相比，還是有著巨大的差距，主要體現在以下幾個方面： 1.3 EDA 資源以及技術支持 123 國外大廠有相對完整的 產品線，

26、可以支撐集成 電路設計的全流程 國外大廠積累了一批經 過反復優化和驗證的 IP 庫，并同他們的工具產 品緊密結合起來，極大 的提升了他們產品的可 用性 國內電子設計工程師的 EDA 應用培訓及相關教 材和參考書籍主要是以 國外大廠的工具為基礎 的，有著多年來積累的 人才和生態優勢 9中國芯片設計云技術白皮書 當前國家大力發展芯片產業也給國內 EDA 公司帶來了新的機遇，我 們看到機會點主要來自于以下幾個方面： 中小型設計公司在申請 EDA 大廠提供技術支持過程中， 經常會遇到 如下的問題及痛點 : 國內芯片設計公司對于國產 EDA 的接受度更高，尤其是在中興、華為事件之后，國產芯片 供應商都看

27、到了打造自主可控供應鏈的重要性，在 EDA 這一卡脖子的環節，積極試用和 購買國產 EDA 工具，加速產品的迭代和升級，將極大地促進本土 EDA 工具和生態的發展 國家層面認識到 EDA 工具的重要性，在資金和人才政策上予以了傾斜，以及投資機構對 這一集成電路細分領域的關注和資金流入 云端軟件和服務的趨勢對于國產 EDA 生態的促進，一是軟件按照服務的時間長短和調用 的 License 數量收費，對于客戶可以節省 EDA 的購買費用，國產 EDA 供應商針對新市場需 求的銷售策略更加靈活彈性；二是提供 EDA 云服務也能有效的防止軟件盜版的發生，推 進了軟件的正版化 01 02 03 123

28、EDA 公司通常會定期或不定 期地對工具版本進行更新， 修正一些歷史版本中的代碼 錯誤（Bug)，或者增加一些 對客戶有用的新功能（New Feature)，而這個版本更新的 信息往往不能及時傳達到所 有相關芯片設計公司 中小芯片設計公司往往 不具備足夠的經驗將市 場上的點工具配置成無 縫銜接的自動化設計流 程， 從而造成使用不便， 影響芯片設計人員的協 作效率 芯片設計公司的設計人員在使用 EDA 工具時，往往會遇到各種難 題或疑問需要 EDA 供應商提供技 術支持，而這時候可能因為一個 小的技術問題就需要設計技術人 員先找到本公司負責 EDA 供應商 聯絡的同事，再通過該聯絡人員 聯系 E

29、DA 公司的技術支持部門， 這個流程往往耗費很多時間和溝 通的環節， 對整個芯片產品的設 計進度會造成影響 9中國芯片設計云技術白皮書 10中國芯片設計云技術白皮書 芯片設計云平臺能利用平臺優勢為客戶提供如下重要的服務： 保證按相對應 EDA 供應商的申請流程及使用 授權書要求，在短時間內協助客戶能在芯片 設計云平臺直接調用所需要的 EDA 工具和 license 提供自助的 EDA 工具安裝 / 配置服務， 并能無縫將新的 EDA 工具加入到芯片設 計項目環境中 把不同 EDA 供應商的 EDA 工具分類并標記， 形成 EDA 工具庫，從而協助芯片設計人員能 通過平臺快速找到正確并完整的 E

30、DA 工具 將不同 EDA 供應商提供的 EDA 工具組 合成方便易用的設計流程供用戶使用， 降低學習和配置門檻，提升易用性 實時同步更新最新版本的 EDA 工具安裝包文 件并在平臺統一發布更新通知 在客戶和 EDA 供應商之間建立技術支持 的橋梁，使得用戶能在線獲得 EDA 供應 商快速和高效的技術支持 設計公司通過芯片設計云平臺提供的流暢的 EDA 工具設計流程及充分的技術支持服務，將能夠充分避免上面 列舉出的在 EDA 工具技術支持經常遇到的問題和痛點。 【參考資料】 李敬，漫談 EDA 產業投資 為什么 EDA 軟件對芯片設計如此重要？ 11中國芯片設計云技術白皮書 1.4 IT 與

31、CAD 技術支持 ( 1 ) CAD 技術支持 在集成電路設計工作中，CAD 服務是連接芯片設計工作和 IT 基礎架構重要環節。CAD 管理工作的目標是為了 通過在合理的 IT 基礎架構上， 優化 CAD 體系中的六大板塊， 以提供芯片設計工作得以高效順利進行的管理體系。 CAD 管理工作不僅要關注本身的六個模塊，還需要深 入了解芯片設計本身的要求，以及現有 IT 基礎架構 的具體情況，包括架構、容量、運行狀況等。 CAD 管理與 IT 基礎架構服務以及設計團隊的關系如下圖所示： 芯片設計公司的設計環境由 IT 基礎架構以及基于 IT 基礎架構的 CAD 技術構建而成，是支撐芯片設計工 作順利

32、進行的基礎技術平臺。 CAD 管理的范圍包括以下六個模塊： 計算 平臺管理 許可證 管理 設計數據 管理 設計環境 管理 工具 管理 設計流程 管理 硬件設計 芯片設計 CAD 服務 設計流程管理 流程分析 / 流程重建 新流程定制 / 流程出錯分析 / 流 程優化 / 日常維護 / 使用培訓 設計數據管理 分析 / 重建 / 遷移 / 優化 版本管理 / 管理文檔維護 工具管理 使用培訓 / 出錯分析 / 使用優化 許可證管理 分析 / 采購 / 部署 / 使用 監控 / 使用優化 設計環境管理 分析 / 重建 / 優化 / 使用 培訓 計算平臺管理 配置分析 / 重建 / 使用培 訓 /

33、資源監控 / 資源優化 IT 服務 IT Infrastructure Deployment/Maintenance/Monitoring H/W: Firewall/Switch/Storage/Server. S/W: SVN/Git/VNC/VDI/Scheduler/. Security：Accessibility/DLP/ACL/Rights/Data Exchange/. IT 服 務 設 計 需 求 11中國芯片設計云技術白皮書 12中國芯片設計云技術白皮書 傳統芯片設計公司中，CAD 管理工作的目標在于： 在國外大的芯片設計公司中，CAD 管理工作典型分工方式如下圖所示： 13

34、中國芯片設計云技術白皮書 ( 2 ) IT 基礎架構與技術支持 半導體行業的 IT 基礎架構，相對于大 IT 行業來說，還是一個 相對封閉和技術相對保守的細分子行業。大 IT 行業的發展規 律對于細分子行業的 IT 技術發展，是有著引領性的作用的。 隨著云計算技術的快速發展，以及半導體行業也從封閉轉向半開放，國外一些大的半導體公司開始率先嘗試利用 混合云方式來優化成本和提高 IT 敏捷運維能力。 半導體行業的 IT 基礎架構，目前仍然以私有化部署數 據中心的方式為主，典型技術范圍包括： 網絡 技術 安全 技術 虛擬化 技術 高性能 計算技術 芯片設計企業上云的主要考量包括下面這些內容： 13中

35、國芯片設計云技術白皮書 14中國芯片設計云技術白皮書 混合云模式中多集群彈性調度的邏輯： 云計算帶來的 IT 敏捷運維、快速交付和高可用性 : 15中國芯片設計云技術白皮書 ( 3 ) IT 與 CAD 管理發展路徑 從目前國內的 IT 及 CAD 管理水平來看，還處于比較初級的階段，距離形成 先進的 IT 與 CAD 管理體系還有很漫長的一段發展路程。大多數的芯片設計企 業在芯片開發和迭代過程中，都是磕磕絆絆地一點點補充 IT 與 CAD 方面的管 理漏洞，很多時候 IT 與 CAD 的管理水平不足，成為了制約芯片研發順利進行的 阻礙。 相較于 IT 基礎架構管理水平的差距來說，CAD 管理

36、水平的差距更為明顯。我們曾經 在第一版的芯片設計云計算白皮書中， 闡述了集成電路 IT/CAD 設計環境發展路徑 （如 下圖）。一個優秀的 IT 與 CAD 開發平臺，是需要有充分的芯片開發與迭代需求來驅 動的，國外先進芯片設計公司達到下圖中闡述的 5.0 階段的整體標準化研發環境的管理 水平，基本花了 30 年的時間，是伴隨著公司內部的大量芯片開發和迭代需求逐漸形成的 一套企業內部方法論和管理體系。 IT 與 CAD 開發平臺的規劃與建設，往往是滯后于芯片開發和迭代需求的。目前國內的半導體行業發 展還處在早期階段，對于大多數芯片公司來說，大量的芯片開發和迭代帶來的針對 IT 與 CAD 技術

37、 和管理需求還沒到來，國內半導體行業 IT 與 CAD 的技術資源缺乏和知識積累不足，大多數的芯片 企業的 IT 與 CAD 管理水平尚處于 2.0 以下的階段。 16中國芯片設計云技術白皮書 第 2 節 芯片設計云生態規劃 國現在的半導體行業得天獨厚，國內的半導體發展正 處于一個“百舸爭流千帆競”的歷史發展特定時期，充 滿機遇與挑戰。當前芯片行業的特點，正由封閉模式 轉向半開放模式，市場投入以及政策支持，正加速中國當前出現越 來越多的創業芯片公司，這些初創芯片公司都關注的是特定領域的 芯片研發。在這樣的大環境下，集大成的生態型設計云平臺呼之欲 出，以云平臺的方式提供一個相對平等的環境，支持協

38、作和共享， 可以更靈活地幫助大量芯片公司共同發展。 根據對半導體行業的深入研究和調查，摩爾精英 IT/CAD 事業部對 即將到來的國內半導體行業戰略發展面臨的云計算平臺作出了戰略 規劃，“擁抱云計算，打造適合中國國情的芯片設計云生態模型”。 對比于國外半導體發展軌跡來看，國外的半導體行業經過 30 多年發展，成就了一個個大公司，國外大公司的 云計算之路的驅動力更多在于混合算力的需要，前面的案例中都顯示了這一點。而國內的云計算之路的驅動力 則更偏重于資源共享的需要。中國國內的芯片設計企業眾多，規模小、階段早，以云計算技術為基礎，將 IP 資 源和技術支持、PDK 資源和技術支持、EDA 資源和技

39、術支持、IT 基礎架構資源和技術支持、 CAD 技術支持資源整合、標準化，打造生態型的設計云平臺，極大地實現資源共享、技術 共享、平臺共享，加速中國半導體事業發展。 中 16中國芯片設計云技術白皮書 17中國芯片設計云技術白皮書 設計生態云模型 2.1 統一云平臺，集成五要素 2.2 各自上云，永不落地 以云計算為 IT 基礎底層，整合行業核心資源，打造統一的芯片設計云平臺，集成包括：IT 基礎架構層與 技術服務、CAD 管理與技術服務、EDA 資源池與技術服務、IP 資源池與技術服務、PDK 資源池與技術服 務等五大技術支持平臺的整合型設計生態云平臺。 設計、EDA、IP、PDK 在云計算平

40、臺上可以各自成云，彼此安全隔離，數據共享可追溯，上傳下載加密， 形成安全高效的生態設計環境。 核心資源包括 IP、PDK 等，可以在云平臺上，擁有各自供應商的私有云空間，數據對設計公司的開放與否， 一方面依賴于傳統合作協議與商務條約，另一方面依賴于云平臺技術安全管控手段。不同角色的用戶，例 如 IP 供應商、 晶圓廠、 EDA 公司， 對各自的數據擁有完全的管理權限。 重要數據在不同隔離區間進行傳遞， 通過數據加密或指紋追蹤技術，進行有效的安全監管，對核心數據資源的管控做到各自成云，永不落地。 17中國芯片設計云技術白皮書 18中國芯片設計云技術白皮書 2.3 云計算三層架構 基于云計算的 I

41、T 架構包括 IaaS 層、PaaS 層、SaaS 層，分別管理物理層資源、物理資源敏捷運維、應用層 資源以及應用層資源自助管理。 在設計生態云平臺上，安全高效地整合了芯片設計開發所需的全部技術支撐，可以做到對眾多芯片設計企業的平 臺化支持，幫助他們可以短時間內擁有更快更標準統一化的研發平臺，從而幫助他們更為容易地加快芯片開發與 迭代速度，為產品上市贏取時間。通過設計生態云統一化的平臺，更多的 IP、PDK 和 EDA 資源可以快速匯集、 并提供統一的技術支持窗口，這也能對國內 EDA 工具及 IP 的發展起到非常好的促進作用。 以包括網絡設備、服務器、存儲設 備等物理設備為主要內容的計算資

42、源層，通過虛擬化或云技術構成統 籌管理的底層平臺 針對物理底層資源進行統一 調度、協調的高效運維管理 平臺。通過 CMP（云管模塊） 進行跨平臺的多云管理運維 針對包括 IP、PDK、EDA、芯片項 目數據等為主要內容的應用數據 層， 通過 DMP （設計資源管理模塊） 進行統一化和標準化調度和管理。 IaaS 層：PaaS 層：SaaS 層： 19中國芯片設計云技術白皮書 第三章設計生態云技術架構詳解 在前一章節中闡述的 5 個技術角色以及芯片設計公 司， 將在設計生態云上構成一個多租戶的生態系統。 相較于上一版白皮書的探討，這次探討的設計生態 云從技術上呈現的主要特征為： 設計云平臺的運營

43、方需要提供基于公有云或私有云的技術平臺基礎架構 （包括算力、 存儲、 網絡、 安全等基礎環境），以及提供芯片設計環境管理平臺和數據安全監控平臺。這個運營方可以是 公有云公司、政府云計算中心、行業私有云平臺等。運營方通過專業的 IT 基礎架構構建和運維 能力以及對設計云管理平臺各個功能模塊的專業理解，不僅能為設計生態云提供基礎的平臺保 障，還能為生態云中其他角色提供高效和便利云自助服務。 IP 供應商可以在這個平臺上提供共享的、可安全管控的、可追溯使用的 IP 庫，這些 IP 庫可通過 傳統的或是更加創新的商業模式，為設計生態云提供最為重要的 IP 資源，幫助大量芯片設計公 司可以獲得更為豐富的

44、、更為便宜的 IP 資源以及相應的快捷高效的技術支持。 晶圓廠可以在這個平臺上提供包括成熟工藝的 PDK 庫以及先進工藝的 PDK 庫，這些 PDK 庫在 平臺上可以安全高效地共享， 可以追溯使用。 同樣地， 晶圓廠為設計生態云提供關鍵的 PDK 資源， 可以幫助大量的芯片設計公司獲得快速的、豐富的工藝庫資源以及高效的技術支持。 一個多租戶的云計算平臺，需要以下六類角色的參與： 第 1 節 系統拓撲設計 多 租 戶 云計算平臺運營方 IP 供應商 晶圓廠 角色 1 角色 2 角色 3 19中國芯片設計云技術白皮書 20中國芯片設計云技術白皮書 下圖是一個完整包括這六類角色的系統拓撲圖。 EDA

45、 公司在設計生態云平臺上，可以提供最新的 EDA 工具以及相應的技術支持服務，也可以提 供 SaaS 化的使用及計價模式，更為靈活地、快捷地幫助大量芯片設計公司進行芯片研發工作。 專業的 CAD 技術服務，一方面可以提供整個云平臺構建自助式的芯片設計環境 SaaS 服務，使 得芯片設計公司可以自助完成所需要的設計環境的快速、標準地搭建，另一方面在芯片設計過 程中，可以獲得及時的 CAD 技術支持服務，解決芯片開發過程中的各類問題。 在以上五類技術資源的支撐下，大量的芯片設計公司會進入到這個平臺，在這個統一化的生態 平臺上獲得最充足的技術支持資源，加快芯片設計開發和迭代的周期，使得整個芯片開發過

46、程 更加順暢和高效。 EDA 公司 CAD 技術服務公司 芯片設計公司 角色 4 角色 5 角色 6 20中國芯片設計云技術白皮書 21中國芯片設計云技術白皮書 第 2 節 云計算基礎架構層 第 3 節 設計云管理平臺 云計算是在傳統物理數據中心的基礎上，通過虛擬化技術實現物理資源的多租戶共享，從而提高資源的利用 率。云計算基礎設備服務即包括了計算，存儲，網絡三部分的服務。用戶可以通過管理平臺快速自助的獲得 所需要的計算能力。 基礎設施服務 （IaaS） 是芯片設計云的基礎， 解決了各設計公司的計算資源峰值缺口問題。 從本地進入到云端，隨著環境的變化，對使用者，維護者以及云供應商都提出來全新的

47、要求與課題。從混合 云上講， 大部分大型設計公司， 都有原有的自建機房， 這部分計算資源在一定時期內還承擔著主要的計算任務， 云上資源在開始兩三年還是以算力補充為主。如何管理好云上資源，做好與本地計算資源的協同，如何結合 云供應商的產品能力以及企業自身的要求， 對 IT 管理人員提出了新的要求。 同時值得注意的是平臺服務部分， 從短期來看，對芯片設計云沒有直接的使用價值，但是從長期看，利用平臺服務（PaaS）可以快速實現基于 數據的先進應用，如基于歷史數據的設計優化建議，更完整的安全閉環管理等。 對于設計公司使用的設計環境可以理解為各種設計資源的有效結合， 例如：硬件資源 （服務器， 存儲，

48、網絡） ， 軟件資源（EDA 工具，版本管理工具），其他資源（IP，PDK）等。隨著設計工藝的發展，設計環境變得更 加復雜。如何快速搭建和高效管理設計環境成為了現在 CAD 服務最挑戰的課題。 安全與 身份管理 物理數據中心 混合云管理 數據服務 計算服務存儲服務網絡服務 分析服務 智能服務 開發者服務 應用平臺 中間件服務 平臺服務 云平臺基礎架構 基礎設施服務 21中國芯片設計云技術白皮書 22中國芯片設計云技術白皮書 3.1 資源規劃與實現PaaS 層 設計云管理平臺的云資源管理（CMP）模塊將會對接下面 的 IaaS 層的各種資源，通過云管理接口來管理 IaaS 層的硬 件資源。 CM

49、P 提供了對 IaaS 層各種資源的自助運維管理、資源監 控和報警、日志管理以及利用 AI 技術提供智能化運維。通 過 CMP 可以對平臺上所有用戶設計環境的基礎架構進行標 準化，降低環境管理的復雜度；并將運維中的重復工作通 過腳本實現自助服務，把管理員從大量的重復勞動中解放 出來；通過智能化運維能準確預測設計環境可能會碰到的 問題，并在問題發生前采取相應的措施減少設計環境中斷 情況的發生。 同時，CMP 還針對芯片設計行業的特點， 提供計算集群管 理功能、設計作業調度功能以及彈性算力管理功能等。 Cyclecloud 是 Azure 云提供的強大的創建、管理、操作和 優化 HPC 和大型計算

50、群集的服務，此服務可以和作業調度 系統結合在 Azure 上實現彈性算力的功能。 Azure CycleCloud 旨在使企業 IT 組織能夠向其最終用戶提 供安全靈活的云 HPC 計算環境。通過群集的動態擴展，企 業可以以正確的時間和價格獲得所需的資源。 Azure CycleCloud 的自動化配置使 IT 部門能夠專注于向業 務用戶提供服務。Azure CycleCloud 是很方便在企業級用 于協調和管理 Azure 上的高性能計算 （HPC） 環境的工具。 借助 CycleCloud，用戶可以為 HPC 系統預配基礎結構，部 署熟悉的 HPC 調度程序，并自動擴展基礎結構以在任何規