全球晶片需求大幅提升,雲端服務幫助半導體製造提升運算能力

隨著電子系統和積體電路變得越來越複雜,幾何形狀更小、設計、測試、驗證和構建這些系統的計算能力和基礎架構的要求也隨之增長。 CAE(電腦輔助工程,Computer Assist Engineering)、EDA(電子設計自動化,Electronic Design Automation)和新興的工作負載(例如計算光刻和計量學)已推動了對下一代電子產品中大規模計算和資料管理的需求。

在過去的IT情境中,半導體製造廠的EDA團隊必須投資於越來越多的伺服器和高性能儲存系統,以實現更高質量和更快的半導體測試和確認周轉時間。根據摩爾定律,大約每隔18個月IC上的電晶體數目就會再增加一倍,新型的IC製造技術可能需要在相對較短的時間內進行大量的運算能力,以快速完成硬體測試到後續的IP申請。

現在半導體製造大廠也開始使用AWS來讓CAE和EDA基礎架構的更快速且靈活的部署,從完整的IC設計工作流程到暫存器傳輸級(RTL)設計,到GDSII文件的交付再到代工廠進行晶片製造。 AWS計算、儲存和更高級別的服務可按需動態提供,而無需大量前期資本支出。

在AWS上執行EDA 工作負載的好處

在AWS上執行EDA工作負載有多種好處,Nextlink 以下整理出7點:

增加生產力

遷移到雲的組織可以看到開發生產力和上市時間有顯著改善。企業可以透過擴展運算需求來滿足減少等待處理作業的時間來實現這一個目標。透過水平擴展,您可以在較短的時間內取得更多的運算伺服器,因此可將運算叢集動態增長至24倍或更多來並行處理成千上萬的作業,從而在短短數小時內完成數天的設計回歸作業。在各種行業和對性能很要求的案例中,這些水平的並行性的極端作業在AWS上很常見。

高可用性、耐久性

AWS目前在全球已設有22個地理區域,這種巨大的全球覆蓋範圍使您可以在低延遲效能的情況下將計算資源更靠近IC設計工程師。Amazon EC2運行所在的每個AWS區域都與其他區域完全隔離。這種設計可實現高可用性和耐久性。除非專門配置服務,否則不會跨區域複製資源。

專屬 EDA 的運算資源

在AWS上的EC2有專為不同功能所配合的Instance 種類,其中,”Z1d”就是專屬為EDA 工作負載而生的Instance 種類,Z1d擁有高達4.0 GHz的時脈頻率、最高24核心(48個 vCPU)、最高達 384GiB的RAM、包含NVMe儲存並針對EDA高性能的需求進行優化,可達到數萬的IOPS。不只是Z1d,若想要特別提升製造運算能力可選擇C系列的Instance 種類;若需要記憶體優化的運算能力可選擇R或是X系列的Instance 種類。

多元儲存服務

在AWS上提供了多原的儲存解決方案,企業可依照生產特性來搭配適當的儲存服務:

NVMe on EC2 Instances 
基於Nitro虛擬機管理程式的Amazon EC2 Instance具有本地NVMe SSD儲存,並且還將Amazon EBS磁碟區公開為NVMe區塊設備。這就是為什麼基於Nitro的Instance需要某些作業系統才能啟用。換句話說,只有安裝了所需NVMe驅動程式的AMI才能啟動基於Nitro的Instance。

EFS

您可以選擇在AWS上構建自己的NFS文件伺服器,也可以使用Amazon EFS啟動共享的NFS檔案系統。 Amazon EFS提供簡單、可擴展的基於NFS的文件儲存,以與AWS 中的Amazon EC2 Instance一起使用。 Amazon EFS是完全託管的PB級檔案系統,它提供了一個簡單的界面,使您可以快速輕鬆地創建和配置檔案系統。

FSx for Lustre

Amazon FSx for Lustre提供了一個完全託管的高性能Lustre文件系統,它允許基於文件的應用程式來存取資料,可達到每秒數百GB、數百萬IOPS和次毫秒的延遲,特別適用於需要高性能的儲存服務,包含:機器學習、高速運算(HPC)、EDA等服務。Amazon FSx可與Amazon S3、地端配合使用,讓您透明地將您的S3物件作為Amazon FSx上的文件存取,以運行數小時至數月的分析,然後您可以將結果寫回S3。

S3

對於EDA工作流程,建議您將Amazon S3作為主要資料儲存解決方案,以管理資料的上傳和下載,並提供資料高耐久性。但是,我們建議您在性能關鍵型應用程序的運行期間不要使用S3直接存取(讀取/寫入)單個文件。 AWS上用於高性能、資料密集型計算的最佳架構包括S3、EC2、EBS和EFS,以平衡每個特定應用程式的性能、耐用性、可擴展性和成本。

加速基礎設備更新循環

在過往的製造情境中,製造商在一開始就要決定採購固定規格、效能的製造設備,一旦購買、安裝完成後,設備就要被持續使用好幾年,這也表示工廠可能使用過時的硬體設備來執行EDA工作負載。若採用AWS,您可以在幾分鐘之內就使用到最新一代的處理器及服務來滿足EDA工作負載裡面不同的EDA Cluster。

安全性

AWS提供多種安全性相關服務,您可以用來監控AWS 服務部署:

Amazon CloudWatch:及時監AWS資源,包括EC2Incetance、EBS磁碟區和S3 Bucket。 這些AWS資源會自動提供像是CPU利用率、遲延和請求次數等指標。

AWS CloudTrail:使您能夠記錄、持續監控和保留整個AWS基礎架構中的API調用相關的事件。

AWS GuardDuty:威脅檢測服務,可持續監視惡意或未經授權的行為以幫助您保護AWS帳戶和工作負載。 它監視活動,例如異常的API調用或潛在的未經授權的部署。

AWS Config:用於審核和評估AWS資源的配置。AWS Config持續監控和記錄您的AWS資源配置,並允許您根據所需配置自動評估記錄。

AWS Organizations:為多個AWS帳戶提供基於組織原則的管理。透過Organization,您可以創建服務控制策略(Service Control Policies, SCP),以集中控制多個AWS帳戶之間的AWS服務使用。

成本優化

採用AWS雲端可依據產能,在幾分鐘之內擴展或是縮減運算能力,並依照需求調整服務的規格大小。企業也可以利用EC2不同的定價模式,包含:按需、預留實例、Spot 機制來進行成本優化。若進一步採用AWS 良好架構設計,不只是能提升雲端整體營運效能,還能達到節省成本的效益。

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