EDA cloud case sharing of a leading IC design enterprise

はじめに：2022 年 9 月 20 日、「Alibaba Cloud EDA クラウドソリューション」プログラムが正式に開始されました。Alibaba Cloud の 3 名の専門家が、Alibaba Cloud がどのようにチップ設計を「クラウド高速道路」へと導くかを多角的に紹介しました。Alibaba Cloud インテリジェント上海支社のバイオメディカルおよび集積回路業界ソリューションアーキテクトである Wang Xuwen が、「大手 IC 設計企業における EDA クラウド活用事例の共有」と題した講演を行いました。以下はその講演内容のまとめです。

1. 顧客プロジェクトの背景

1.1 顧客企業の紹介

近年、5G、IoT、人工知能などの新技術の成熟と商用化、ならびにスマートシティ、自動運転、インテリジェントマニュファクチャリングなどの分野の発展加速に伴い、半導体産業は急成長の波を迎えています。

本プロジェクトの顧客は世界的に有名な半導体設計企業であり、2G/3G/4G/5G、Wi-Fi、Bluetooth、TV/FM、衛星通信などのフルシーン通信技術を完全に掌握する世界でも数少ない企業の 1 社です。製品には、モバイル通信 CPU、ベースバンドチップ、AI チップ、RF フロントエンドチップ、RF チップをはじめとする通信・コンピューティング・制御チップが含まれ、世界中の数百カ国に展開されています。

1.2 プロジェクトの背景

ムーアの法則はチッププロセスの向上において引き続き機能しており、単位面積あたりのトランジスタ数は 18〜24 カ月ごとに倍増しています。これは、チップの研究開発および設計に必要なコンピューティング能力も増大し続けることを意味します。同時に、IC 設計企業は研究開発効率を非常に重視しています。チップのテープアウトが 1 日早まれば、市場での利益獲得も 1 日早くなります。逆に、予定通りに出荷できないプロジェクトは最適な市場投入時期を逃し、市場機会を失う可能性があります。

顧客は、従来のオンプレミスコンピューティング能力デプロイメントモードでは急速なビジネス成長のニーズを満たせなくなっていることを認識していましたが、設計開発のクラウド移行に関する判断については依然として非常に慎重でした。

1.3 顧客が直面する主な課題と懸念

a. 従来のオンプレミスデプロイメントの課題：

① コンピューティング能力とスケーラビリティの不足

顧客はオンプレミスで大規模なデータセンターを構築し、数千台のサーバーを保有していましたが、研究開発部門のニーズを満たすには至っていませんでした。特にフロントエンド論理設計からバックエンド物理設計へと研究開発が進むにつれ、コンピューティング能力への要求は倍増します。何らかのバグに遭遇してタスクの再実行が必要となった場合、ジョブのキューイングが深刻化します。しかし、顧客のオンプレミスデータセンターの拡張余地は、サーバールームのスペースと消費電力の指標によりすでに使い果たされていました。

② 長期の導入期間による研究開発への影響

クラウド移行前に、IT 部門はオンプレミスでマシンを購入するために、プロジェクト承認、調達、入札、納品、デプロイメントといった一連のステップを経る必要があり、3 カ月から 6 カ月を要していました。パンデミックはサプライチェーンの不確実性をさらに悪化させ、オンプレミスのコンピューティング能力調達をより予測困難にしています。

③ 重い運用保守負荷と IT 部門のプレッシャー

数千台のオンプレミスサーバーを前に、IT 部門は電力、空調、セキュリティからハードウェアの運用保守に至るまで、基礎的な運用保守に多くの労力を費やさざるを得ず、現場の運用保守担当者は限界に達していました。

④ コンピューティング能力の使用に対する効果的な管理の欠如

コンピューティング能力とストレージリソースを節約するため、IT 部門はクォータ制限や使用量の監視統計などの措置を講じ、研究開発担当者にリソースの適時リリースを促す必要がありますが、このプロセスは円滑とは言えませんでした。

b. 設計研究開発のクラウド活用に対する顧客の懸念は、主に 4 つの側面に現れていました：

① データセキュリティ

1 つのチップの研究開発には多額の資金投資が必要です。そのため、顧客はデータのセキュリティに対して極めて敏感です。クラウドでの研究開発は、データが元の物理的境界を離れることを意味します。データセキュリティを依然として制御可能に保つ方法は、顧客が考慮すべき最重要課題でした。

② パフォーマンス要件の充足

長期的な最適化を経て、顧客はオンプレミスのコンピューティング能力を最大限に引き出すことができていました。クラウドコンピューティングへの理解不足から、顧客は仮想化やリソースのオーバーコミットにより、実際のコンピューティングリソースがオンプレミスと同等のパフォーマンスを発揮できない可能性を懸念し、研究開発オペレーションの運用効率への影響を危惧していました。

③ ビジネス体験

研究開発担当者がオンプレミスクラスターで構築したワークフローと使用習慣をクラウドにシームレスに移行できるかどうかが、クラウドプロジェクトの成功に向けた重要な要素でした。

④ 投資対効果 (ROI)

顧客の調達部門が preliminar に推定したところ、専用回線やセキュリティのコストを含むクラウド調達の総額は、オンプレミスでのマシン購入に対して価格上の優位性はありませんでした。

2. Alibaba Cloud EDA クラウドソリューション

2.1 パブリッククラウドの優位性を活かしたビジネス課題の解決

まず、顧客の従来のオンプレミスコンピューティングデプロイメントモデルと比較して、Alibaba Cloud のパブリッククラウドソリューションは、コンピューティング能力の不足、長い導入期間、重い運用保守負荷、および管理の欠如という問題を完全に解決できます。

a. コンピューティング能力の供給面

・エラスティックなコンピューティング能力の供給：Alibaba Cloud の豊富なクラウドリソースとサプライチェーン調整能力により、顧客に十分な供給を保証できます。

・データセンタースペースに制約されない十分なリソース保証：Alibaba Cloud は上海に最大 12 のゾーンを有し、柔軟なコンピューティングおよびストレージリソースを提供するため、顧客はオンプレミスのサーバールームスペース不足を懸念する必要がなくなります。

b. 導入期間の面

・分単位のデリバリー：Alibaba Cloud は分単位の迅速なリソースデリバリーを実現できます。

・オンデマンドのスケールアウトと即時利用：設計運用のピーク段階において、顧客は必要に応じてスケールアウトし、すぐに利用できます。従来の機器調達、納品、インストール、デプロイメントにかかる長いプロセスを回避できます。

c. 運用保守管理の面

・運用保守不要のインフラ：クラウドサービスにより、IT 部門を非効率なインフラ運用保守から解放できます。

・統合コンソール管理：運用保守担当者は統合コンソールを通じて全リソースを簡単に管理・スケジューリングできます。

・自動デプロイ：実行環境、アプリケーションソフトウェア、スケジューラエージェントなどについて、ワンクリックの自動デプロイを実現できます。

d. 運用管理の面

・統合リソース監視：Alibaba Cloud は統合リソース監視プラットフォームを提供します。

・使用量クォータ管理と監視：コンピューティング、ストレージなどのリソースについて 24 時間 365 日の継続的な使用量監視を実施します。

・多次元パフォーマンス分析：運用保守担当者のきめ細かなリソース管理を支援します。

2.2 定量分析と POC 検証によるクラウドへの懸念の払拭

顧客のクラウドに対する懸念に対し、Alibaba Cloud は POC テスト、技術検討、デモンストレーション、分析などを通じて、顧客内のさまざまなステークホルダーの疑念を正常に払拭しました。

a. データセキュリティの面

・データセキュリティの確約：Alibaba Cloud は正式な契約の形式で、プロジェクトのセキュリティおよびプライバシー条項において顧客データにアクセスしないことを厳粛に約束しました。

・ダウンロード暗号化スキーム：技術面では、顧客独自の鍵による暗号化とダウンロードの機能を提供し、データの所有権が確実に顧客の手にあるようにしています。

・セキュリティ運用監査：Alibaba Cloud はセキュリティ運用の監査機能を提供します。顧客はワークオーダーを通じて、関連クラウドリソースに対する Alibaba Cloud の運用保守ログの監査を要求できます。

b. パフォーマンス充足の面

・機種仕様とパフォーマンスパラメータのベンチマーキング：顧客のオンプレミス機種の仕様とパフォーマンスパラメータにベンチマークし、高クロック周波数、大容量メモリ、ローカルディスク搭載のベアメタルサーバーを使用しました。

・サードパーティツールによる負荷テスト：サードパーティの負荷テストツールを使用してクラウドインスタンスのパフォーマンスをテストしました。実際の負荷テストにより、Alibaba Cloud が提供するコンピューティングおよびストレージパフォーマンスはオンプレミスと完全にベンチマーク可能であり、一部のテスト項目ではオンプレミスを上回る結果が示されました。ディスク暗号化を有効にした場合、クラウドインスタンスのパフォーマンス低下は概ね 10% 未満に収まっています。

c. ビジネス体験の面

・オンプレミスと同じジョブスケジューラを使用。

・オンプレミスと同じスケジューリング戦略を採用。

・研究開発担当者の使用習慣を最大限に適応。

d. 投資対効果の面

・クラウドでの研究開発にかかる総所有コスト (TCO) を整理・分析した結果、Alibaba Cloud のエラスティックコンピューティングサービスにより、オンプレミスのデータセンター構築、電力、運用保守の隠れたコストを削減し、マシン障害によるリスクコストを低減し、ビジネスの低ピーク期におけるマシン制限による無駄なコストを回避し、ビジネスのピーク期におけるコンピューティング能力不足による機会コストを改善できます。

・財務面では、オンデマンドでクラウドサービスを購入することにより、CAPEX 投資を OPEX 費用に転換し、会社のキャッシュフローを改善できます。

2.3 Alibaba Cloud EDA クラウドソリューションの構成

EDA ビジネスの特徴と要件に基づき、Alibaba Cloud は顧客に以下のソリューションを設計しました（下図参照）。

図の左側は顧客のオンプレミスデータセンターです。顧客は高性能コンピューティングクラスターをデプロイし、NetApp ストレージソリューションと、業界で広く使用されている IBM LSF スケジューラをジョブスケジューリングに使用しています。右側は Alibaba Cloud 中国東部2 パブリッククラウドリージョンの EDA ゾーンであり、2 本の 10 Gbps 高速チャネルを通じて相互接続されています。

a. データセンターの場所：

顧客に最も近いデータセンターの場所を選定し、データ伝送遅延をミリ秒レベルに制御しました。

b. コンピューティングノード：

高クロック周波数、大容量メモリのエラスティックベアメタルサーバーをオンデマンドで提供します。ベアメタルサーバーは物理的に顧客がマシンリソースを完全に専有することを保証し、BIOS レベルでオーバークロックと Remax を無効化し、Alibaba Cloud が独自開発した MOC カード技術と連携して仮想化のオーバーヘッドを排除することで、各ベアメタルサーバーが最大限のコンピューティングパフォーマンスを発揮できるようにしています。

c. ストレージ：

並列ファイルシステム CPFS を採用しています。CPFS は高パフォーマンス、高スケーラビリティ、高信頼性を特徴とし、単一クラスターで最大 9,620 ストレージノードへの拡張が可能で、最大 2.5 TB/s のスループットをサポートします。

d. クラスター管理：

Alibaba Cloud E-HPC を使用して、エラスティックベアメタルコンピューティングノードを一元管理します。E-HPC のスケジューラプラグインは LSF エージェントの自動デプロイをサポートし、E-HPC とシームレスに連携してノード管理、ジョブ管理、自動スケーリングなどの機能を提供します。

3. Alibaba Cloud EDA クラウドソリューションの特徴と優位性

顧客のオンプレミス物理マシンデプロイメントおよび他社が提供するソリューションと比較して、Alibaba Cloud の EDA クラウドソリューションには以下の優位性があります。

3.1 究極のパフォーマンス

チップ設計業界向けに特別に構築された Alibaba Cloud の高クロック周波数、大容量メモリベアメタルサーバーは、実際の測定により優れたパフォーマンスを示し、EDA ソフトウェアのコンピューティング能力に対する極めて高い要件を完全に満たしています。

3.2 視覚化されたアーキテクチャ

Alibaba Cloud が業界に先駆けて提供したクラウド高速構築プロダクト CADT を導入し、顧客のクラウドアーキテクチャの作成と管理を支援します。デプロイ可能なアーキテクチャ図でクラウドアーキテクチャを可視化し、各種基礎プロダクトコンポーネントのデプロイ関係を明確に表現することで、顧客のソリューション設計および評価段階の時間コストを削減します。

3.3 エラスティックデプロイメント

E-HPC の柔軟なデプロイメント、エラスティックなリソース、統合された運用保守機能により、オンラインコンピューティングクラスターの管理はよりシンプルかつ効率的になります。

3.4 セキュリティコンプライアンス

オンプレミスデータセンターの延長として、クラウド環境にはパブリックネットワーク出口がないため外部からの攻撃を排除できます。Cloud Security Center がセキュリティ脅威をリアルタイムで識別、分析、警告し、ディスク暗号化がデータ保護の最後の砦として機能します。