芯片上的“明珠”，需要怎样的创新存储？

　　申耀

　　众所周知,作为芯片IC设计中不可或缺的重要组件,EDA(Electronic Design Automation)软件是芯片制造最上游、壁垒最高的部分,它涵盖了集成电路设计、布线、验证和仿真等所有流程,被行业内称为“芯片之母”、“芯片产业皇冠上的明珠”。

　　特别是过去十年,EDA软件支撑着芯片设计从几千颗晶体管到现在百亿级晶体管的集成度,但在如今AI、智能汽车、5G、IoT等不同的细分领域得以发展的大时代下,EDA软件面对的计算、存储等架构都有了新的变化,因此需要全新的软硬件架构的迭代和进化,才能进一步提升设计和验证效率,降低技术门槛的和缩短项目周期。

　　以EDA的存储平台为例,今天一个常规芯片的设计项目存储容量需求就约300TB到500TB,而一个大规模芯片设计项目存储容量需求达2PB以上。

　　而对于这种海量文件访问、存取的要求和几年前对比,都有了根本性的变化。要求存储架构的可靠性与可扩展性必须要满足今天、明天EDA用户的业务规模。

　　在此背景下,2020年6月,戴尔科技集团发布了专为非结构化数据而生的戴尔易安信PowerScale。

　　采用PowerScale OneFS操作系统的PowerScale节点和Isilon节点可以组成强大、统一的内嵌数据生命周期管理的存储平台,为非结构化数据存储树立了新的标杆。

　　*PowerScale由英特尔®至强®处理器提供支持,该处理器采用软件定义的基础设施和敏捷云架构,为PowerScale提供了卓越的性能和效率,可加速要求严苛的文件工作负载,使企业发挥数据资本的价值,加速业务的数字转型。

　　同时,针对EDA行业的需求,PowerScale更以横向扩展的存储架构,以及高性能、高扩展、高可靠能力完美解决了EDA行业存储性能、容量高速增长的需求,能够帮助EDA客户提早实现“time to market”,显著增加芯片设计公司利润, 减低整体支出成本,达到最佳的ROI投资报酬率。

　　根据IBS的数据显示,2019年中国半导体市场的规模为2122亿美元,到2030年将增长至5385亿美元,这一增幅将“傲视全球”,相信随着中国芯片设计产业进入快速发展的“黄金期”,PowerScale也会以其创新的产品和解决方案,推动国内芯片设计产业迈入一个全新的时代。

　　EDA存储平台的全新挑战

　　可以看到,随着“新基建”的提速以及产业数字化的推进,目前国内各行各业对芯片数量的需求将越来越大,对芯片种类和功能的要求也越来越多样化,这也快速带动了覆盖从芯片设计到制造全流程的EDA行业的发展。

　　在戴尔科技集团非结构化数据解决方案事业部销售策略及业务拓展资深经理李海看来,整个芯片的生产设计制造环节中,把芯片研发工程师的设计智慧转化为实际产品中最重要的一个就是EDA。

　　利用EDA工具,芯片研发工程师可以实现将芯片设计、性能分析、仿真、验证、设计出IC版图等全流程操作。

　　但是,在“摩尔定律”的推动下,对于EDA设计工具的要求一直是随着芯片设计的复杂度而同步增长的,此外无论是在设计还是测试等不同阶段,随着晶体管集成度越来越高,设计的复杂度也在不断提升,这也对计算及存储平台提出了更高的要求。

　　一方面,在芯片设计阶段,工程师会把源文件编译为芯片模型来完成芯片设计,然后通过在大型计算集群中分发任务来验证芯片设计,在整个前端设计过程中,工程师往往需要不断改进设计,整个过程需要多次迭代,这就使得前端设计阶段会生成大量仿真工作,而创建、调度和执行build和仿真作业的效率,将决定芯片推向市场所需的时间。

　　不过,由于芯片设计工作复杂度极高,很多大型芯片设计公司在前端设计过程中,会利用数千台工作终端同时进行设计工作,这就涉及到数百万个小文件的密集读写,这就需要存储有着极高的IOPS。

　　另一方面,在测试验证阶段,芯片设计公司会把无数的小文件汇总到一个大文件之中,EDA软件再针对大文件进行各种各样的模拟仿真,这个过程也将产生大量的工作负载,体现在存储上,就是吞吐量的要求很高。

　　第三方数据显示,芯片公司在设计过程中,对元数据调用(包括GETATTR,ACCESS和LOOKUP)占所有调用的85%以上,而“读取”和“写入”不到15%。不仅如此,目前芯片设计阶段涉及的所有作业的输出都可能产生TB级乃至PB级的数据。

　　因此,结合前期芯片设计和后期测试验证两个阶段IO访问特点来看,EDA场景需要一个具备高性能、高吞吐量、灵活可横向扩展的企业级NAS存储平台。

　　最大化释放EDA软件潜能

　　而作为真正的企业级横向扩展NAS平台,PowerScale则可以满足EDA应用中大规模计算集群以文件方式并行访问数据的需求,它能够在保证EDA文件存取的高性能要求下,可将单个文件系统中容量从数TB扩展到数十PB容量。

　　此外,业界领先的数据保护功能可防止硬件故障以及用户数据损坏,大数据、AI等支持特性更使得PowerScale成为EDA行业客户最佳存储架构。

　　从性能维度看

　　PowerScale可提供4到252个节点横向扩展硬件架构,通过不断扩展的命名空间,它可以在EDA高性能计算工作负载下实现文件共享,归档和临时存储需求,由此最大限度地消除了文件服务器被动堆积和性能瓶颈,同时简化了管理,备份和灾难恢复操作。

　　在此基础上,PowerScale的全闪阵列也可以线性地扩展性能和容量,这就使EDA行业客户能够从兼容存储要求的基础架构入手,而无需过度购买性能或容量以供将来使用,因此无论是EDA客户的前端设计和软件构建,以及后端仿真和验证都可以在性能上无惧挑战。

　　例如,单个PowerScale群集可以从小开始,并且可以轻松扩展到数十PB,系统可自动调配容量,监控系统运行状况,并快速自我修复任何故障。新增扩容的存储节点可以在大约60秒内添加到群集中,无需停机,使升级变得简单、弹性和可预测,而不会增加复杂性或影响产品上市时间。

　　从管理维度看

　　PowerScale存储解决方案还提供基于策略的自动存储分层,以便随着数据老化或价值降低,自动将数据移动到成本更低的层, 包括选择云存储选项。

　　这使EDA客户能够为其要求最苛刻的应用程序保留最高性能的存储, 从而减少资本支出并优化存储资源。

　　同时,通过PowerScale群集提供的混合存储方案,客户也可以利用All Flash+SATA来达到最佳性能与成本组合, 实现EDA数据环境下最佳的备份、归档解决方案。李海表示:

　　“

　　PowerScale Flash全闪存系列产品中,基于高效算法和专用硬件的数据压缩与去重提高了客户的存储利用效能,从而提高解决方案的有效存储容量,降低存储成本。

　　此外,PowerScale的平均磁盘利用率超过80%,是目前市场上最高效,最具成本效益的存储解决方案之一。

　　”

　　从可靠维度看

　　PowerScale存储平台同样具有极佳的高可用性,具有高达N+4的冗余,并提供经过验证的企业级数据备份和灾难恢复选项。

　　更为重要的是,无论是EDA性能、Hadoop性能、 AI性能还是传统IO性能上, 戴尔科技集团都验证过,也都做过实际POC,最大化地保证了存储平台的可用性。

　　也正因此,全球前20名半导体公司中有80%都是PowerScale的客户。国际最知名研究机构Gartner连续5年发布的《分布式文件系统和对象存储魔力象限》报告中,戴尔科技集团都一直高居榜首,远高于竞争对手。

　　从应用维度看

　　PowerScale也能完美配合Hadoop/Spark大数据的就地分析。由于PowerScale支援原生的HDFS,同时无需加装Gateway或Agent,这就使得EDA行业客户在原有数据集合上就可以立即实现Hadoop大数据分析,无需任何数据导出和迁移。

　　更为关键的是,随着EDA从自动化迈向智能化成为新的趋势,PowerScale也可搭配完整而弹性的AI解决方案,不论是GPU Deep Learning或是CPU Machine Learning,都可基于同一个数据湖,妥善解决数据管理的问题。

　　客观地说,芯片设计公司从最初的芯片设计到最后的流片,其间需要大量的存储资源来实现设计仿真和功能的验证,而PowerScale以其高性能、高扩展、高可靠,支持新应用的能力,最大化地释放了EDA软件和工具的潜能,真正帮助芯片设计公司提升芯片设计效率,缩短研发周期,加速产品上市时间,由此抢占更大的市场机会。

　　加速中国迈入全“芯时代”

　　我们知道,在长达大约18个月的芯片设计周期中,芯片设计公司每个阶段所用到的设计工具的数量和种类都不尽相同,而如果购买完整的芯片设计工具来设计芯片,可能会成本昂贵且极有可能造成资源的浪费,因此过去几年不少中小芯片设计公司也在尝试“EDA上云”。

　　对此,李海认为,云架构对于那些IT资源匮乏,对EDA设计工具一年中使用高峰仅1到2个月的初创芯片公司颇具吸引力,但对中型和大型芯片设计公司而言,就是另外一个故事。

　　特别是上规模的芯片设计公司,EDA工作负载往往复杂而多样,算力和存储的弹性仅仅是用户需要考虑一个方面,另外还有安全,网络、软件许可证、流程与资源调配等问题。

　　从业界一些尝试来看,盲目上云的成本不仅往往会超过之前用户的预期,而且对用户实际业务效率的提升也不尽如人意。所以,建议用户根据自身不同的EDA工作负载,选择最合适自己业务模式,在这种情况下,混合云架构很可能是EDA行业将来的趋势和方向。

　　PowerScale不仅可以在及本地私有云方式运行,还可以无缝连接入云,以及采用全面云托管的方式,满足各种混合云环境的部署需求,具体而言:

　　01

　　PowerScale在中国市场引入了“按需付费”的新模式,它可以让EDA客户在传统的数据中心和私有云拥有类似公有云的消费模式和灵活敏捷的弹性,在极大降低客户运营成本的同时,也重新定义了客户通往混合云的新路径。

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　　PowerScale多协议数据湖特性,使得EDA用户不仅可以使用传统的NFS、SMB、HDFS、HTTP、NDMP和FTP等协议,更可以以S3、REST访问同一个文件,构建一个私有云应用和公有云应用的混合负载场景。

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　　对于芯片设计公司而言,IP的安全性往往维系公司的生存,完全的云托管带来了相当大的不确定性。而PowerScale集群独有的“N+M”保护机制,可实现高于RAID5,RAID6的数据保护,则可以更好地为EDA客户的数据保护工作提供最大化的保障能力。

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　　在5G、大数据、人工智能等新技术的推动下,EDA设计和验证的应用场景也比以往更加广泛,Hadoop大数据分析、AI与机器学习的新兴业务场景不断涌现,而PowerScale的Scale-out架构与多协议数据湖能力,保证了这些新兴应用的可靠性与可用性。

　　与此同时,最新推出的DataIQ数据管理软件,摆脱了传统IT管理软件往往只能管理硬件设备的局限,使得用户业务部门以Saas体验来管理并操作海量数据文件。

　　该管理软件可以轻松与PowerScale 、Isilon和ECS集成之外, 还可兼容其他异构平台(NAS、对象存储、公有云),这样客户可以快速搜寻,标签自己的海量非结构化数据文件,并可以根据成本来管理, 迁移各种数据文件,达到最佳TCO。

　　总的来说,PowerScale以其独特的优势,为芯片设计公司提供了横向扩展的无限存储资源池,还能以“按需付费”的创新方式降低总体成本与投入,更能够为这些IP资产提供最为关键的“保驾护航”的能力。

　　这对加速整个中国的芯片设计产业将起到至关重要的作用,不仅会为未来行业的转型发展奠定关键基础,也会推动整个中国芯片设计产业迈入全新的时代。

　　戴尔科技集团

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　　作为全球半导体联盟(GSA)的成员之一,戴尔科技致力于解决半导体行业的业务难题并塑造半导体行业创新的未来。

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