解決芯片復(fù)雜性增加的可擴(kuò)展方法

不斷增加的設(shè)計復(fù)雜性和多物理挑戰(zhàn)阻礙了系統(tǒng)芯片（SoC）設(shè)計團(tuán)隊的生產(chǎn)力。Mellanox工程師應(yīng)用新的解決方案，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和靈活的計算資源來提供電子設(shè)計自動化功能。

不斷增加的設(shè)計復(fù)雜性和多物理挑戰(zhàn)阻礙了系統(tǒng)芯片（SoC）設(shè)計團(tuán)隊的生產(chǎn)力。工程師需要的電子設(shè)計自動化工具不僅可以減少運(yùn)行時間，還可以提高他們批判性檢查和改進(jìn)設(shè)計的靈活性。Mellanox工程師應(yīng)用新的解決方案，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和靈活的計算資源來提供此功能。

高速網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)中心連接的主干。極端帶寬和超低延遲網(wǎng)絡(luò)解決方案對于下一代數(shù)據(jù)中心高效處理新興AI、5G和自主應(yīng)用程序中呈指數(shù)級增長的數(shù)據(jù)至關(guān)重要。由于芯片尺寸和復(fù)雜性與不斷增加的時間市場壓力相沖突，為網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)芯片（SoC）設(shè)計的公司面臨挑戰(zhàn)。網(wǎng)格復(fù)雜性和門的數(shù)量每年都在急劇增加，網(wǎng)絡(luò)IC團(tuán)隊必須設(shè)計、分析和帶出尺寸為400–500 mm或更大的芯片。

各種多物理效應(yīng)（包括功率和熱可靠性）的交叉耦合增加，對FinFET的設(shè)計關(guān)閉提出了重大挑戰(zhàn)。多物理分析對于克服這些挑戰(zhàn)至關(guān)重要，以便設(shè)計超大、復(fù)雜和高能耗的芯片，盡管設(shè)計裕度越來越小，項目進(jìn)度也越來越緊。

面對這種復(fù)雜性，設(shè)計團(tuán)隊必須擁有能夠提供容量、靈活性、速度和準(zhǔn)確性的軟件工具。

Mellanox是端到端以太網(wǎng)和InfiniBand智能互連解決方案和服務(wù)的領(lǐng)先供應(yīng)商，為服務(wù)器、存儲和超收斂基礎(chǔ)設(shè)施提供服務(wù)，它直接了解這些挑戰(zhàn)和權(quán)衡。設(shè)計團(tuán)隊必須通過最有效地利用計算資源和工程時間來管理和驗證設(shè)計。為此，該團(tuán)隊依賴于Ansys RedHawk-SC軟件。

尋找可視性

Mellanox團(tuán)隊需要快速的周轉(zhuǎn)時間和精確的壓降精度，以確保其高度復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)處理器的電源完整性和可靠性。但他們也在尋求一些早年在其他大型、高復(fù)雜性設(shè)計中無法實現(xiàn)的東西：分析的靈活性和速度。由于設(shè)計已經(jīng)從45nm節(jié)點的略多于1億個網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到16nm的近3.5億個網(wǎng)絡(luò)，Mellanox估計它將需要解決7nm的近4.5億個IC網(wǎng)絡(luò)。

這種類型的進(jìn)化需要工具能力來匹配。十年前，在45nm工藝節(jié)點及其周圍，工具體系結(jié)構(gòu)通常是單片的，團(tuán)隊僅限于一臺可以同時處理多達(dá)10億個電源和接地節(jié)點的機(jī)器。（節(jié)點是提取的電源和接地網(wǎng)絡(luò)中任意兩個元件之間的連接點。這些元件可以是導(dǎo)線或連接到導(dǎo)線的設(shè)備實例引腳的寄生電阻、電感或電容。節(jié)點數(shù)是功率完整性分析中常用的一種指標(biāo)，用于預(yù)測設(shè)計尺寸；它直接影響分析的運(yùn)行時和內(nèi)存需求。）

在那些日子里，工具容量是一個問題。當(dāng)對電源完整性和可靠性進(jìn)行多次分析時，每次運(yùn)行（串行而非并行）可能需要超過24小時。這需要大型服務(wù)器和大量資源分配才能完成分析。更糟糕的是，系統(tǒng)偶爾會在管理復(fù)雜性方面遇到困難，并會崩潰。然后必須從頭開始分析。

第二代人出現(xiàn)了，以跟上復(fù)雜性。這一代利用了分布式計算，可以擴(kuò)展到32臺機(jī)器，最多可以處理40億個節(jié)點。在集成電路變得更加復(fù)雜之前，這是令人滿意的。

按大數(shù)據(jù)要求擴(kuò)展

為了提供見解并使團(tuán)隊能夠優(yōu)化其設(shè)計，Mellanox需要一個靈活、高容量的解決方案，該解決方案可以擴(kuò)展到大數(shù)據(jù)挖掘和分析。工程師于2018年開始使用Ansys RedHawk-SC。RedHawk SC是基于Ansys SeaScape構(gòu)建的最新SoC電源完整性和可靠性簽署平臺，Ansys SeaScape是世界上第一個用于電子系統(tǒng)設(shè)計和仿真的定制大數(shù)據(jù)架構(gòu)。SeaScape提供了單核可擴(kuò)展性、靈活的設(shè)計數(shù)據(jù)訪問、瞬時設(shè)計啟動以及許多其他功能

成功的關(guān)鍵之一在于RedHawk-SC的彈性計算能力。彈性計算有助于根據(jù)可用CPU內(nèi)核的數(shù)量并行（或串行）處理場景。

SeaScape體系結(jié)構(gòu)是彈性計算的核心。它依賴于分布式數(shù)據(jù)/文件服務(wù)，因為數(shù)據(jù)可能分散在許多位置。除此之外，還有一個基于MapReduce概念的分布式數(shù)據(jù)分析層，這是所有大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。這在概念上將數(shù)據(jù)（映射）分割為稱為碎片的小塊，并將每個碎片聚集起來進(jìn)行分析。當(dāng)服務(wù)器可用時，可以根據(jù)需要將處理分發(fā)到任意多個服務(wù)器。

電源問題

這些類型的網(wǎng)絡(luò)處理器面臨的挑戰(zhàn)是總功耗和功耗。與電池供電設(shè)計不同，Mellanox使用的設(shè)計類型可以消耗200 W以上。因此，工程師必須完成完整的設(shè)計分析——準(zhǔn)確的增量功率完整性和可靠性分析——同時考慮高功耗，而不犧牲準(zhǔn)確性或結(jié)果時間。

為了加速全芯片紅外跌落仿真，可以利用電網(wǎng)上卷方法來抽象電力和地面網(wǎng)絡(luò)的中低層金屬。這種抽象可以用于全芯片仿真。這允許團(tuán)隊在單元級工作，然后跳到頂層對全芯片設(shè)計進(jìn)行全面分析

進(jìn)行全芯片扁平化運(yùn)行需要耗費大量資源和時間。通過使用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)執(zhí)行增量分析，設(shè)計者可以創(chuàng)建特定塊的詳細(xì)視圖，并抽象出其他所有內(nèi)容。這使他們能夠執(zhí)行更快的分析，并更容易地進(jìn)行更快速的工程變更單（ECO）修復(fù)。

Ansys RedHawk-SC憑借其彈性計算能力和支持大數(shù)據(jù)的分析功能，為工程師提供了克服之前一些挑戰(zhàn)所需的可見性。該團(tuán)隊特別贊賞紅鷹SC的自我維持穩(wěn)定性，以監(jiān)控自己的工作，并在失敗時續(xù)簽工作。

該團(tuán)隊還利用RedHawk-SC的彈性計算及其支持MapReduce的分析來獲得關(guān)鍵見解。MapReduce為設(shè)計者提供了一個鳥瞰視圖，并且可以非常順利地將焦點對準(zhǔn)。它提供了強(qiáng)大的功能，例如在不到兩分鐘的時間內(nèi)啟動GUI以查看完整的芯片數(shù)據(jù)庫，以及輕松導(dǎo)航不同的區(qū)域，如谷歌地圖的功能。

此外，它還支持更強(qiáng)大的計算靈活性。憑借RedHawk-SC的彈性可擴(kuò)展性，曾經(jīng)需要巨大計算資源的大型芯片區(qū)域可以分解成非常小的部分進(jìn)行分析。架構(gòu)的性質(zhì)允許這些元素通過公司的計算資源進(jìn)行分發(fā)。這樣，它可以最大限度地利用硬件資源并優(yōu)化成本。