2nm、GAA、3D封裝、chiplet、異構....近年來，隨著半導體工藝的進步，單顆IC的晶體管數量已經從百億向千億甚至萬億數量發展，功能復雜需求也讓單顆IC也集成了越來越多的IP，此外 ，工藝的進步也帶來了制造商良率的問題，這都給IC設計師帶來了極大的挑戰，一方面要應付工藝、復雜度提升帶來的設計難度挑戰，另外還要應付time-to-market帶來的效率壓力。

而熟悉IC設計的人都知道，過去十年中，IC設計中仿真驗證成本的增長速度遠高于設計成本。數據表明，包括工程師、軟件、硬件在內的驗證資源占到整個前端設計的70%，而設計本身只占30%，所以仿真驗證在整個集成電路行業當中的占比會越來越高，而且隨著工藝的升級，所占比還在提升（如上圖所示），所以要確保芯片高效開發，就要提升仿真驗證的效率。

5月31日，在電子創新網旗下芯英雄聯盟直播頻道舉辦的《EDA仿真最新趨勢和效率提升》線上直播活動中，華為數據存儲半導體行業解決方案架構師施鉆專和概倫電子研發副總裁方君分享了提升EDA仿真效率一些做法。

1、華為存儲四大舉措提升EDA仿真效率

施鉆專指出，目前，EDA仿真平臺面臨幾個困境，一個是面對混合型業務，存儲更容易成為瓶頸。這是因為EDA仿真主要分前端業務和后端業務。前端業務主要以RTL編碼仿真為主，數據特點基本都是KB級別的小文件，并且主要是8KB左右的文件為主，超過60%以上都是元數據讀寫，這類場景針對存儲的要求就是更高的OPS性能訴求。后端業務，主要以綜合優化仿真、編譯網表及網表測試為主，主要是GB級別的大文件寫場景，這類場景對存儲性能要求帶寬更高。

EDA仿真平臺面臨的另個困境是解決方案不匹配或者不會用，表現在：

1、服務器本地盤方案資源利用率低投資浪費，表現為項目組間資源無法調度無法共享；Temp文件增長迅速服務器容量受限容易爆盤；無專業存儲企業特性，易用性差；數據安全無法保障等。

2、共享存儲方案選型不對、導致仿真性能差影響研發進度。主要表現為分布式文件系統分片機制只適合大文件大帶寬場景、萬億海量KB級小文件性能不足，存儲時延高，仿真卡頓、Lustre等文件系統需MDS等額外元數據節點服務器，增加故障點、高負載下刪除時，EDA軟件卡頓等。

3、專業存儲不會規劃使用，具體表現為不懂如何確保仿真業務不中斷、關鍵仿真任務高效執行、不懂如何確保高價值數據安全性？不懂如何實現業務安全隔離、不懂如何在有限的存儲空間實現價值最大化，這樣會導致資源利用率低、投資浪費等。

針對這樣的痛點，華為存儲是如何提升EDA仿真效率的呢？施鉆專表示華為存儲聯合IC設計企業在EDA設計仿真過程中的業務訴求，通過系列化的優化，打造半導體設計EDA存儲解決方案，大幅縮短EDA仿真周期。

概括起來，有四大舉措：

1、從存儲層面針對EDA場景8項優化提升仿真性能30%+

施鉆專表示針對海量小文件場景，可以通過小IO聚合滿條帶ROW連續寫來優化IO性能，同時也提升了SSD壽命。

針對大量的元數據操作，通過多項核心算法，比如元數據的壓緊算法，元數據的預取與淘汰算法等，提升元數據操作性能。

元數據和數據獨立分區，有利于提升垃圾回收效率，消除性能瓶頸。

在硬件方面，華為存儲專門用了DTOE的智能網卡，把協議從CPU卸載到網卡上，節約網卡緩存到緩存的拷貝時間。

CPU需要處理讀寫IO、GC、快照等其他特性，把讀寫IO優先級排最高，這樣可以保障讀寫IO的時延最低。

華為存儲采用全局共享的分布式文件系統，基于目錄均衡打散，消除控制器的瓶頸，支持自動遷移熱點目錄到空閑控制器上，實現自動負載均衡。

華為存儲使用多核鯤鵬920 CPU，通過CPU智能分區，綁核處理，避免跨CPU核跨控開銷，提升CPU的處理效率、降低時延。

EDA場景會有大量刪除Temp文件的操作，華為存儲專門針對刪除操作做了CPU綁核處理，專核專用，確保高負載情況下Delete操作不卡頓。

2、全閃存介質升級，能效優化降低整體TCO

施鉆專表示存儲介質主要分HDD機械硬盤以及SSD全閃存硬盤。以前大多數IC設計企業，會選擇采用1.2TB左右的HDD機械硬盤，通過好幾個硬盤柜來堆存儲性能，但是這樣會導致機房空間、功耗大幅增高。目前越來越多的IC設計企業，尤其是一些先進制程的比如7nm、5nm芯片設計企業，為了性能需求會選擇SSD全閃存存儲。

從投入產出比看，SSD應用可以大大降低企業的運維成本，相比于傳統存儲需要配置幾十個磁盤機柜、上萬塊HDD磁盤，SSD只需要幾個機柜即可；SSD不僅在空間需求上優勢明顯，在能耗、運維成本上也非常突出：相對于HDD，在相同的容量下，SSD的電力能耗降低70%，空間占用節省50%。在存儲系統中每更換1塊SSD，帶來的節能減排效果，相當于種了150棵樹，以及3360個普通家庭熄燈一小時。

3、存儲層豐富的企業軟件特性，幫助IC設計企業更好的管理數據提升效率

華為存儲提供了很多豐富的軟件特性，幫助IC設計企業更好的管理數據，提升工作效率。如多租戶特性可以用來確保數據安全隔離。

施鉆專表示EDA仿真臨時文件較多，如果不做及時刪除，空間就會被快速消耗掉，影響到其他用戶，這個問題可以通過設置配額的方式來解決，確保存儲空間的有效利用。有些關鍵仿真為了不被其他任務擠占掉存儲性能資源，會特別設置一個關鍵VIP任務的最低性能要求，來確保仿真任務高效完成。

海量小文件一直都是EDA仿真場景的最大難題，華為存儲不是通過備份軟件對應用層掃描的方式來備份，而是通過底層的快照技術和異步復制技術，來做到Disk to Disk的快速備份，可以有效提升幾倍甚至十倍的性能提升。

4、存儲層四級可靠為EDA仿真平臺平穩運行保駕護航

永遠在線的方案：通過業界唯一的NAS Active-Active雙活解決方案，確保單套存儲故障時不會影響生產。

永遠在線的系統：通過RAID TP可以容忍3塊硬盤同時失效，另外全閃存儲重構1TB時間只需要15分鐘，解決塊硬盤不影響生產的問題。

永遠在線的架構：通過Smart Matrix全互聯架構和獨有的SMB Failover功能，可以容忍單套存儲系統內單個引擎故障或者7個控制器故障，業務不中斷。

永遠在線的SSD：通過全局磨損與反磨損，來提升SSD的使用壽命，降低IT運維人員壓力。

施鉆專特別指出華為存儲在海思EDA仿真平臺使用表明使用之后其前端業務OPS領先48% ，后端業務帶寬領先49%！

2、概倫電子如何提升EDA仿真效率？

方君認為可以通過三個方面提升EDA仿真效率，分別是文件存儲、EDA算法和算力資源。

文件存儲體現在讀寫速度的不斷提升以便處理超大文件、高性能文件IO以支持大量文件同時操作以及文件存儲空間的擴展以滿足數據量的不斷增加。

EDA算法層面體現在EDA 仿真和驗證工具的不斷演進、更有效的數學算法，比如矩陣求解、更智能的電路結構檢測和分區技術、更好硬件結合，高效的CPU指令集、存儲管理等；

算力資源體現在多核服務器的支持、計算機集群的支持和速度優化、有效的任務分發和管理機制等。

他指出概倫電子提供的是融合上述三個要素的一站式仿真解決方案，從仿真工具到標準單元庫再到電路設計都有覆蓋。

如NanoSpice就是概倫電子推出的新一代大容量、高精度、高性能并行SPICE電路仿真器，覆蓋模塊級模擬電路到全芯片存儲器電路，特別對高精度模擬電路和大規模后仿電路的電路仿真進行優化，同時滿足高精度、大容量和高性能的高端電路仿真需求。

NanoSpice Pro是一款概倫電子自主研發的FastSPICE電路仿真器，可滿足存儲器單元設計、存儲陣列和編譯器驗證、存儲器特征化及全芯片驗證等所有需求，相比其它同類仿真器性能有較明顯提高。

而概倫電子的NanoYield良率導向設計平臺則可以用于電路良率分析和設計優化。

方君表示概倫電子的NanoCell 是一款快速精確且易用的標準單元庫特征化 EDA 工 具，它通過內置的 NanoSpice仿真器，采用先進的分布式并行架構技術和單元電路分析提取算法，精確且高效的對單元電路進行時序、功耗及噪聲等特征進行仿真與提取，提供友好易使用的接口，幫助用戶縮短產品開發周期。它支持ARM/X86 環境。

此外他還強調，概倫電子建設有基于ARM架構的計算服務中心，服務器超過800臺，CPU超過10萬核，內存達800TB；服務器本地存儲為10PB、集中高速存儲：270TB，網絡方面支持25G網絡互連 ，最大100G帶寬 、支持全鏈路負載均負載。

他強調概倫電子會圍繞三大要素持續和改進以提升EDA仿真效率。

半導體工藝會不斷演進，未來EDA工具的重要性日益凸顯，隨著人工智能、大數據的應用深入 ，EDA仿真效率將不斷提升，助力IC設計師設計出更復雜更高性能的IC產品。

審核編輯 ：李倩