中国芯片设计云技术白皮书

中国芯片设计云技术白 皮书1 中国芯片设计 由微软智能云提供计算服务 微软（中国）有限公司 2 中国芯片设计云技术白皮书 第一章 前言 目录 CONTENT 01 第二章设计云平台中国市场规划03 第1节芯片设计企业技术生态环境03 1.1IP资源库以及技术支持04 1.2工艺库资源以及技术支持05 1.3EDA资源以及技术支持08 1.4IT与CAD技术支持11 (1)CAD技术支持11 (2)IT基础架构与技术支持13 (3)IT与CAD管理发展路径15 第2节芯片设计云生态规划16 2.1统一云平台，集成五要素17 2.2各自上云，永不落地17 2.3云计算三层架构18 第三章 第1节 第2节 第3节 3.1 3.2 第4节 4.1 4.2 第四章 第1节 第2节 2.1 2.2 2.3 第3节 第4节第五章第1节 第2节 尾声 中国芯片设计云技术白皮书3 设计生态云技术架构详解19 系统拓扑设计19 云计算基础架构层21 设计云管理平台21 资源规划与实现——PaaS层22 资源管理规划与实现——SaaS层23 平台安全方案24 云计算安全基础24 数据传输和指纹技术27 基于Azure的MVP29 MVP架构设计29 MVP中的三个独立隔离子区31 中央管理子区31 IP供应商子区32 设计公司子区32 MVP测试报告34 MVP演示视频35 成本节省模型探讨36 静态模型36 动态方法论的探讨39 一切都刚刚开始，一切都即将结束41 1 中国芯片设计云技术白皮书 第一章前言 ， 纵观过去两年的全球半导体设计市场 、 芯片设计公 司EDA工具供应商与公有云服务供应商也都开始探 索云计算如何与芯片设计的流程与仿真设计更好的结 ，， 合以实现大规模的弹性计算 。 ， 更快的面向市场并 获得更低的成本可以说主流的设计公司都有1-2款 。 芯片在做全面利用云技术的设计 ， ， 可以预见的是在 ， 先进制程的竞争中 ， 如何更好地应用云计算 ， 实现更 快的产品面世 更顺畅的设计流程 。 是芯片设计企业 ， 在多方面因素的推动下 。 中国的芯片设计行业迎来 ， 不能忽视和跳过的领域 了前所未有的发展契机当前 我国芯片设计业的 ， ， 这样技术发展现状和市场竞争态势下微 产品范围已经涵盖了几乎所有门类 ， 且部分产品已 软的公有云Azure提供了一整套公有云/ 拥有了一定的市场规模但我国芯片产品总体上仍、。、 ，混合云的架构 然处于中低端 。 正处在逐步向高端芯片研发演进的 性能增强 成本节省的方案 ， 使得开发团队能够专注 、 过程中 ， 在比较小的时间窗口中 ， 运行更多的迭代 在 ，该架构提供了资源优化 增加模拟 。 随着国家级芯片战略的明确和发布 ， 众多的芯片设 和回归测试次数 专注提升产品品质和质量 这套方 ， 计企业也逐步提升产品技术水平 再加上国内在全 案已经在全球各领域的芯片研发企业进行过验证见 ，证了此解决方案、帮助芯片行业公司实现更高的产量、 球领先的消费电子类企业 ， 本着其拥有大量终端应 。 更高质量的设计 ， 创新的解决方案和更快的产品交付 。 用场景的优势 ， 也全面涉足芯片设计领域 ， 在这样 速度这些也是当今芯片行业需要取得成功的要素 的背景下 对于芯片设计企业/部门来说 如何快 “”、“”， ，，随着国内大兴土木 千家争—鸣—的大局面的兴起 速地实现产品研发提升效率同时实现更低的成 半导体行业的基础设计平台EDA设计环境平台 ，“”，。 。“” 本具有巨大扩展性的云就成为了一个很好的倚仗 也呈现出逐渐升温的局面尤其是基于云计算的 但如何安全可控的将更多的设计流程搬到云端利，， ，，EDA设计环境的发展，虽然还处于非常初。期的阶段 用云计算弹性可扩展 ， 与下端工厂更好的对接实 。 从各个方面的需求来看 已经是呼之欲出 现更快的产品上市就成为了一个值得探讨的话题 ，，，， 对于芯片设计企业产品迭代加速标准不断演变 以及不断需要更高的性能 。 都压缩了设计周期和上 ， 市时间 随着设计越来越复杂 企业需要在开发的 每个阶段实现更好的设计流程和全面验证，而新的工艺也需要大量的计算能力来解决这种过程变异。 中国芯片设计云技术白皮书2 ： 以下是云计算应用于EDA行业的典型事例介绍 2019年6月 ， MicrosoftAzure和Mentor及台积电在10小时内验证 ， 了AMDEPYC上的大尺寸RadeonInstinctVega20集成电路设计这 “”。 是产业多方共同成就云中EDA的一个典型案例AMD这款芯片设计 TSMC ，， 中有132亿颗晶体管数量是惊人的通过在MicrosoftAzure云平台 ， 上运行台积电认证的7nmMentorCalibre设计套件 ， AMD在19个小 。 时内完成了两次验证大幅缩短了物理验证的总周转时间 ，， 此外AMD还将CalibrenmDRC扩展到69个HB虚拟机上的4140个内核 。 使工程师能够平 衡紧迫的时间与苛刻的成本， 台积电的开放式创新平台(OIP)云联盟将EDA公司和云服务供应商紧密联系在一起共同挖掘 ，“”，，、、 基于云计算的解决方案 释放EDA的云价值 。 助力用户拥有更多选择 实现简便快速可 扩展且安全的EDA能力 Cadence已经为超过100家客户提供了基于不同模式的云环境搭 、： 建部署服务及支持 ； 全托管业务模式目前与Azure与AWS云 、 平台合作客户自行管理环境的业务模式支持Azure AWS和 AMD 。 Google云平台 2020年6月 ， Cadence宣布使用在Microsoft Azure云上基于TSMC技术的CadenceCloudBurst平台提 ， Cadence 供CadenceSignoff解决方案 。 为客户完TimingSingoff提供 了一条加速路径 Cadence在150台机器上演示了其Tempus ， TimingSignoff方案可扩展性 。 可实现最快的TAT和并除timing signeoff成本降低2倍 ， 作为行业内唯一专业的IT/CAD技术服务团队摩尔精英IT/CAD事业部曾于2019年 《 11月21日的南京ICCAD大会上发表的 》 芯片设计云计算白皮书1.0 ， 中初步探索了 。 基于公有云的EDA计算平台的实现方案 ， 随着进一步的探索和方案优化 我们今天将 《》，。， 发布白皮书2.0，进一步升级迭代EDA云计算的实现方案在这一稿白皮书中将 基于Azure云平台 、 呈现包括弹性算力 、 安全，方案 。 EDA设计生态云模型等 本白皮书分析中国半导体行业的技术生态环境 来的影响和改变。 上云趋势对于半导体行业的技术生态带 3 中国芯片设计云技术白皮书 第二章设计云平台中国市场规划 第1节芯片设计企业技术生态环境 ， 在半导体行业中 。 芯片设计公司无疑是行业产业链的上游业态 ， 根据魏少军教授的报告 中国目前芯片设计公 ， 司大约有2000家左右 。 ， 这2000家左右的芯片设计企业 ， 营业收入超过1亿元的不足100家 。 有超过90%处 于初创期 每一颗芯片设计研发过程是一个需要2到3年技术积累和自我迭代的漫长过程 对于芯片设计企业 ， 或团队来说 ， 需要五个内部的或外部的技术支持角色 。 ， 给予芯片设计团队专业的和长期的技术支持 这种支持 将伴随整个芯片的开发和迭代过程 五个技术支持角色： IP资源库与技术支持 Foundry工艺库与技术支持 IP CAD EDA Foundry 芯片设计公司 EDA工具库与技术支持 IT CAD技术支持IT基础架构与技术支持 这五个技术支持角色缺一不可，然而对于中国半导体目前的发展阶段来说，大多数中小企业这五个方面的技术支持资源还是比较稀缺的。 中国芯片设计云技术白皮书4 1.1IP资源库以及技术支持 ， IP的初期投入很高 ， （ 主要包括IP的研发投入 ）、 包括芯片设计的人力成 （ 本IT/CAD系统及EDA费用等 为了验证IP功能与性能的投入包 ），。 括芯片代工厂的流片与IP的测试费用等以及拓展市场的商务投入 ：（）（）。 IP业务的收入主要包括 授权金 ， licensefee 与版税 royalty 两个部分 授权金 ， 一般在IP授权确定时预先支付版税在使用IP的芯片设计公司项目量产时收取一 （）。 般按照加工晶圆价格的一定百分比收取一般不超过3%的晶圆价格 。， IP的商务需求主要是由芯片设计公司与芯片代工厂主导的芯片设计公司除了自己的设计之外 会需要 ， 大量的标准单元库 。 各类存储器以及CPU ， ，， DSP和高速接口类型的IP 这种需求会与IP供应商和芯片 ， 代工厂直接讨论另一方面，芯片代工厂为了方便客户的项目。设计并进一步增加自己工艺平台的吸引力 也会直接与IP供应商合作布局和完善工艺平台上的IP种类 ， IP业务前期研发投入大 ， 验证周期长 ， 客户定制化需求多 研发阶段结束后由于IP市场竞争的关系价格端也 ， 会遭遇类似摩尔定律的价格下降 ， 导致如果IP不能尽快多次出售 。 可能无法覆盖研发成本的被动局面这将 ，。， 进一步导致没有足够的投入到新的IP研发中造成IP业务的恶性循环从投入产出比的角度来看 如果IP研 发出来后不能够多次复用或者从客户的成功量产中获得一部分的版税 （）， royalty收益 从商务模式上看确实是 。，， 一门难做的生意 相比于整个芯片销售来说 。 IP的营业额也相对有限 这也是国内资本市场对IP业务投入比 较谨慎的一个原因 ，，， 因此如果想要IP行业能够良性快速发展必须从商务上确保研发出的IP能够被多次授权使用 并能够从客 。，， 户芯片成功量产中产生版税收益 ， 纵观整个IP市场 ARM一家就占据了近一半的市场份额 。 究其原因除了 ARMIP本身的产品力之外商务上能够很好的复用并有持续不断的版税收入起到了关键作用 ，， 纵观近几年国内芯片行业的发展 。 AIoT物联网应用芯片快速崛起但呈现碎片化特征 很多中小型的芯片设计 ， 公司在利基市场快速涌现 ； 摩尔云端与这些客户的高效互动大大增加了IP复用的机会 ， 多次的IP使用分摊了 ， IP研发阶段的投入 摩尔芯片设计云与供应链云的协作 ， 确保了IPRoyalty商务模式的实现与比重的上升使 。 得IP供应商可以从客户芯片的成功量产中长期获利更多投入IP研发当中形成良性循环 对于置于云平台的IP供应商来说，更详细的IPFQA说明可以协助客户的IP选型，大大减少IP售前的人力投入与成本，使IP供应商把更多的精力用在IP的研发与IP售后支持中，这又是一个良性的循环过程，使得IP选型的过程变得更加高效和低成本。 5 中国芯片设计云技术白皮书 1.2工艺库资源以及技术支持 工艺库文件是连接晶圆厂同芯片设计 工艺库文件是晶圆厂根据本身工艺能力,技术节点及所专 ， 公司以及EDA供应商之间最主要的桥 注的不同晶圆产品的特色 在通过公司内部所有相关技术 ， ， 梁和媒介 是Foundry晶圆厂为客户 部门经过多年不断的工艺数据收集验证而总结出来的所 。 。 提供的最基础设计文件和数据支持 以工艺库文件是晶圆厂的技术精华和服务客户关键核心 “ 通常晶圆厂为客户提供基础工艺库文件为PDK(ProcessDesignKit),而PDK一般会包含 ， Pcell (ParameterizedCell,参数化单元)LayoutTechfiles,SpiceModels,及PVRule(物理验证规则)文件 （）”， DR/DRC/LVS,ParasiticExtraction ； 等各种文件 PDK是晶圆厂用本生的语言所定义的能反应 ， Foundry各种工艺的文档资料 正是由于PDK及相关设计文件的重要性 所以Des