作為最早的電子設(shè)計自動化軟件，我們的EDA云實(shí)證系列從SPICE開始，再合適不過。
在它出現(xiàn)之前，人們分析電路，用的是紙筆或者搭電路板。隨著電路規(guī)模增大，手工明顯跟不上。
于是，1971年，SPICE誕生了。全稱“Simulation Program with Integrates Circuit Emphasis"。
H-SPICE是隨著產(chǎn)業(yè)環(huán)境及電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展與升級，以“SPICE2”為基礎(chǔ)加以改進(jìn)而成的商業(yè)軟件產(chǎn)品，現(xiàn)在屬于Synopsys。
既然有了新的計算機(jī)輔助工具，那問題就來了：
怎么才能跑得更快一點(diǎn)？
怎么才能運(yùn)行更大規(guī)模的集成電路？
第一個答案是算法改進(jìn)。這屬于數(shù)學(xué)領(lǐng)域，很難。
第二個答案是摩爾定律。從上世紀(jì)70年代初到如今，SPICE從只能仿真十幾個元器件到今天可以仿真上千萬個元器件的電路。但已經(jīng)幾十年沒有太大的變化了。
第三個答案是計算架構(gòu)升級，從單核到多核，單線程到多線程。
第四個答案是Cloud HPC云端高性能計算。談概念過于抽象，我們今天拿實(shí)證說話。
實(shí)證背景信息
用戶需求
作為一家純IC設(shè)計公司，C社成立已超過十年。
公司在本地部署了由十多臺機(jī)器組成的計算集群，但目前面臨的最大問題依然是算力不足。特別是面對每年十次左右的算力高峰期時，基本上沒有太好的辦法。
對云的認(rèn)知
C社相關(guān)負(fù)責(zé)人表示：算力不足是目前IC設(shè)計行業(yè)普遍面臨的問題。對于EDA上云，公司之前沒有嘗試過，對云模式和架構(gòu)也并不了解，在數(shù)據(jù)安全性方面也存在一定的顧慮。
不過該負(fù)責(zé)人對于EDA上云早有耳聞，也頗感興趣，愿意進(jìn)行一定的嘗試。畢竟上云若真的能夠加快運(yùn)算速度，就意味著可以更早展開研究，從而提升項(xiàng)目的整體進(jìn)度。
實(shí)證目標(biāo)
1、HSPICE任務(wù)能否在云端運(yùn)行？
2、云端資源是否能適配HSPICE任務(wù)需求？
3、fastone平臺能否有效解決目前業(yè)務(wù)問題？
4、相比傳統(tǒng)手動模式，云端計算集群的自動化部署，有哪些好處？
實(shí)證參數(shù)
平臺：
fastone企業(yè)版產(chǎn)品
應(yīng)用：
HSPICE
適用場景：
仿真模擬電路、混合信號電路、精確數(shù)字電路、建立SoC的時序及功耗單元庫、分析系統(tǒng)級的信號完整性等
技術(shù)架構(gòu)圖：
用戶登錄VDI，使用fastone算力運(yùn)營平臺根據(jù)實(shí)際計算需求自動創(chuàng)建、銷毀集群，完成計算任務(wù)。
License配置:
EDA License Server設(shè)置在本地。
步驟一：硬件選擇
選擇適合HSPICE應(yīng)用的配置
云端可以選擇的機(jī)型有幾百種，配置、價格差異極大。
我們首先需要挑選出既能滿足HSPICE應(yīng)用需求，又具備性價比的機(jī)型。
已知用戶的本地硬件配置：
Xeon(R) Gold 6244 CPU @ 3.60GHz，512GB Memory
本地配置不僅主頻高，內(nèi)存也相當(dāng)大。
我們推薦的云端硬件配置：
96 vCPU, 3.6GHz, 2nd Gen Intel Xeon Platinum 8275CL, 192 GiB Memory
推薦理由：
1、該應(yīng)用對CPU主頻要求較高，但內(nèi)存要求并不大；
2、我們選擇了計算優(yōu)化型云端實(shí)例，即具備高性價比的高主頻機(jī)器。
C社的本地硬件在HSPICE以外，還需處理一些需要大內(nèi)存的后端任務(wù)，所以需要在配置上兼顧各種資源需求，在當(dāng)前項(xiàng)目不可避免會造成一定的資源浪費(fèi)。
步驟二：云端部署
手動模式 VS 自動部署
我們先看手動模式：
第一步：不管你需要用哪朵云，你都得先熟悉那家云的操作界面，掌握正確的使用方法；
第二步：構(gòu)建大規(guī)模算力集群：
- 配置計算節(jié)點(diǎn)，存儲節(jié)點(diǎn)，VPC，安全組等等
- 安裝應(yīng)用，把HSPICE安裝在集群環(huán)境
- 配置集群調(diào)度器，比如slurm
第三步：上傳任務(wù)數(shù)據(jù)，開啟計算；
第四步：任務(wù)完成后及時下載結(jié)果并關(guān)機(jī)。不要笑，這一點(diǎn)很重要。我們在 切換七種視角，我們給各位CXO大佬算算上云這筆賬 有講到原因。
此外，還有一個需要考慮的點(diǎn)，時間。
第一步，需要多少時間說不好；
第二步，大概需要專業(yè)IT人員平均3-5天；
第三步/第四步，如果數(shù)據(jù)量較大，需要考慮斷點(diǎn)續(xù)傳和自動重傳；
第四步，任務(wù)完成時間很可能難以預(yù)測。
即使是可測的，我們可以想象一個場景——有個任務(wù)預(yù)計在凌晨跑完，用戶此時有兩個選擇：
1、調(diào)一個鬧鐘，半夜起來關(guān)機(jī)——有人遭罪；
2、睡到自然醒，次日上班關(guān)機(jī)——成本浪費(fèi)。
在手動模式下，通常都是先構(gòu)建一個固定規(guī)模的集群，然后提交任務(wù)，全部任務(wù)結(jié)束后，關(guān)閉集群。想一下一個幾千core的集群拉起來之后，第二、三、四步手動配置的時間里，所有機(jī)器一直都是開啟狀態(tài)，也就是說，燒錢中。
再看看我們的自動化部署：
第一步，不需要；
第二步，只需要點(diǎn)擊幾個按鈕，5-10分鐘即可開啟集群；
第三步，我們有Auto-Scale功能，自動開關(guān)機(jī)。
另外，我們還自帶資源的管理和監(jiān)控功能。
fastone的Auto-Scale功能可以自動監(jiān)控用戶提交的任務(wù)數(shù)量和資源的需求，動態(tài)按需地開啟所需算力資源，在提升效率的同時有效降低成本。
- 所有操作都是自動化完成，無需用戶干預(yù)；
- 在實(shí)際開機(jī)過程中，可能遇到云在某個可用區(qū)資源不足的情況，fastone會自動嘗試從別的區(qū)域開啟資源；
- 如果需要的資源確實(shí)不夠，又急需算力完成任務(wù)，用戶還可以從fastone界面選擇配置接近的實(shí)例類型來補(bǔ)充。
跨區(qū)域，跨機(jī)型使用，在本次實(shí)證場景沒有用到。
我們還可以根據(jù)GPU的需求來實(shí)現(xiàn)自動伸縮，下次單獨(dú)聊。
實(shí)證場景一：云端驗(yàn)證
本地40核 VS 云端40核 VS 云端80核
結(jié)論：
1、當(dāng)計算資源與任務(wù)拆分方式均為5*8核時，本地和云端的計算周期基本一致；
2、在云端將任務(wù)拆分為10*4核后，比5*8核的拆分方式計算周期減少三分之一;
3、當(dāng)任務(wù)拆分方式不變，計算資源從40核增加到80核，計算周期減半；
4、當(dāng)計算資源翻倍，且任務(wù)拆分方式從5*8核變更為10*4核后，計算周期減少三分之二;
5、fastone自動化部署可大幅節(jié)省用戶的時間和人力成本。
實(shí)證過程：
1、本地使用40核計算資源，拆分為5*8核，運(yùn)行編號為1的HSPICE任務(wù)，耗時42小時；
2、云端調(diào)度40核計算資源，拆分為5*8核，運(yùn)行編號為1的HSPICE任務(wù)，耗時42小時；
3、云端調(diào)度40核計算資源，拆分為10*4核，運(yùn)行編號為1的HSPICE任務(wù)，耗時28小時;
4、云端調(diào)度80核計算資源，拆分為10*8核，運(yùn)行編號為1的HSPICE任務(wù)，耗時21小時；
5、云端調(diào)度80核計算資源，拆分為20*4核，運(yùn)行編號為1的HSPICE任務(wù)，耗時14小時。
實(shí)證場景二：大規(guī)模業(yè)務(wù)驗(yàn)證
超大規(guī)模計算任務(wù)
結(jié)論：
1、增加計算資源并優(yōu)化任務(wù)拆分方式后，云端調(diào)度1920核計算資源，將一組超大規(guī)模計算任務(wù)（共計24個HSPICE任務(wù)）的計算周期從原有的30天縮短至17小時即可完成，云端最優(yōu)計算周期與本地計算周期相比，效率提升42倍；
2、由fastone平臺自研的Auto-Scale功能，使平臺可根據(jù)HSPICE任務(wù)狀態(tài)在云端自動化構(gòu)建計算集群，并根據(jù)實(shí)際需求自動伸縮，計算完成后自動銷毀，在提升效率的同時有效降低成本；
3、隨著計算周期的縮短，設(shè)備斷電、應(yīng)用崩潰等風(fēng)險也相應(yīng)降低，作業(yè)中斷的風(fēng)險也大大降低。在本實(shí)例中未發(fā)生作業(yè)中斷。
實(shí)證過程：
1、本地使用40核計算資源，拆分為5*8核，運(yùn)行編號從0到23共計24個HSPICE任務(wù)，耗時約30天;
2、云端調(diào)度1920核計算資源，拆分為24組，每組為20*4核，運(yùn)行編號從0到23共計24個HSPICE任務(wù)，耗時17個小時。
實(shí)證小結(jié)
我們回顧一下實(shí)證目標(biāo)：
1、HSPICE任務(wù)在云端能高效運(yùn)行；
2、異構(gòu)的云端資源能更好適配HSPICE任務(wù)需求，避免資源浪費(fèi)；
3、fastone平臺有效解決了算力不足問題，效率提升42倍；
4、相比手動模式，fastone平臺自研的Auto-Scale功能，既能有效提升部署效率，降低部署門檻，又能大大縮短整個計算周期資源占用率，節(jié)約成本。
至于本次實(shí)證場景沒用到的跨區(qū)域，跨機(jī)型使用，還有根據(jù)GPU的需求來實(shí)現(xiàn)自動伸縮，我們下次再聊。
本次半導(dǎo)體行業(yè)Cloud HPC實(shí)證系列Vol.1就到這里了。
在下一期的實(shí)證中，我們最多調(diào)用了5000核的云資源來執(zhí)行OPC任務(wù)，并且充分評估了License在本地和云端的性能差異。
未來我們還會帶給大家更多領(lǐng)域的用云“真香”實(shí)證，請保持關(guān)注哦！
- END -
2分鐘自動開通【在線體驗(yàn)版】，即刻獲得TOP500超級算力，注冊即贈 200元 體驗(yàn)金 ——> 體驗(yàn)入口
《半導(dǎo)體行業(yè)云解決方案白皮書》
有興趣可以掃碼添加小F微信（ID: imfastone）獲取
| 相關(guān)閱讀
>> 全球半導(dǎo)體行業(yè)上云格局一覽和十個上云實(shí)踐問題解答
>>【2020新版】六家云廠商價格比較：AWS/阿里/Azure/Google/華為/騰訊
