EDA云實(shí)證Vol.13：暴力堆機(jī)器之王——Calibre

Siemens的Calibre是業(yè)內(nèi)權(quán)威的版圖驗(yàn)證軟件，被各大Foundry廠廣泛認(rèn)可。用戶可以直接在Virtuoso界面集成Calibre接口，調(diào)用版圖驗(yàn)證結(jié)果數(shù)據(jù)，使用起來極為方便。

今天，我們就來聊聊這款軟件。

版圖驗(yàn)證是芯片設(shè)計(jì)中非常重要的一環(huán)，一共包括三個(gè)環(huán)節(jié)。

DRC（Design Rule Check）：檢查版圖是否符合Foundry廠的制造工藝規(guī)則，確保芯片能被正確生產(chǎn)出來；

LVS（Layout Versus Schematic）：版圖工程師需要將畫好的版圖與原理圖對比，確保兩者所有連接保持一致；

寄生參數(shù)提?。≒arasitic Extraction）：將版圖中的寄生參數(shù)提取出來，在Virtuoso中反饋結(jié)果，前端工程師會(huì)進(jìn)行后仿驗(yàn)證，重新評(píng)估電路特性并進(jìn)行修改，保證流片正確。

這三個(gè)環(huán)節(jié)分別由Calibre的DRC、LVS、PEX三種工具來完成。

Calibre任務(wù)典型特性：重內(nèi)存，可拆分，適合暴力堆機(jī)器

Calibre任務(wù)有兩大特性：

1、重內(nèi)存需求，2T或4T的超大型內(nèi)存機(jī)器都有可能登場

版圖文件很大，需要處理的數(shù)據(jù)量非常大，但本身的邏輯判斷并不復(fù)雜，所以通常不剛需高主頻機(jī)型，但要求多核、大內(nèi)存的機(jī)器。CPU與內(nèi)存的比例通常能達(dá)到1:4或1:8，極端情況下這個(gè)比例會(huì)更高，2T或4T的超大型內(nèi)存機(jī)器都有可能登場。

我們在下面兩篇文章里仔細(xì)盤過模擬&數(shù)字芯片設(shè)計(jì)全流程的業(yè)務(wù)場景、常用EDA工具、資源類型、算力需求、典型場景：

芯片設(shè)計(jì)五部曲之一 | 聲光魔法師——模擬IC

芯片設(shè)計(jì)五部曲之二 | 圖靈藝術(shù)家——數(shù)字IC

2、可拆分，無關(guān)聯(lián)，適合暴力堆機(jī)器

我們在模擬這篇文里寫過版圖驗(yàn)證就像是一個(gè)“大家來找茬“的游戲。

在運(yùn)行任務(wù)的時(shí)候，Calibre會(huì)把版圖切分成相互沒有邏輯關(guān)系的塊狀分區(qū)，這些分區(qū)之間彼此沒有相關(guān)性，互不干擾，所以可以同時(shí)進(jìn)行。

切得越細(xì)，同時(shí)檢查的人更多，效率就越高。

三體里的切法大家還記得吧，一字橫切。

而芯片只能豎著切，可以十字切法。橫切會(huì)影響到芯片層與層之間的連接關(guān)系。

暴力堆機(jī)器也是有技術(shù)含量的

1、 首先，要有光，你得有大內(nèi)存的機(jī)器

我們的全球資源池可以根據(jù)用戶需求在全球范圍內(nèi)調(diào)度海量云端異構(gòu)資源。GPU、TPU、FPGA，要啥都有。

其中，F(xiàn)CC-B產(chǎn)品提供準(zhǔn)動(dòng)態(tài)資源池，擁有行業(yè)特需的大內(nèi)存機(jī)型，具有較低的整體擁有成本。而且，可以擴(kuò)展到FCC-E使用彈性資源。

總之，大內(nèi)存的機(jī)器，沒有問題。

那么，萬一不是一直不夠，是偶爾不夠怎么辦呢？

我們有一個(gè)小技巧，專門應(yīng)用這種內(nèi)存峰值場景。

Swap，交換分區(qū)，就是在內(nèi)存不夠的情況下，操作系統(tǒng)先把內(nèi)存中暫時(shí)不用的數(shù)據(jù)，存到硬盤的交換空間，騰出內(nèi)存來讓別的程序運(yùn)行。

比如跑一組Calibre任務(wù)需要10小時(shí)，其中9個(gè)小時(shí)的內(nèi)存使用量都在200G左右，只有1個(gè)小時(shí)達(dá)到了260G。

如果選擇256G內(nèi)存的機(jī)型配置，任務(wù)必崩無疑。

但要是為了這1小時(shí)不到10G的內(nèi)存溢出而全程使用512G的配置，成本翻倍，未免有點(diǎn)太不劃算了。

使用Swap交換分區(qū)就可以無縫填補(bǔ)這一空缺，非常匹配這種內(nèi)存峰值場景。

Swap的具體使用案例，戳這篇：Auto-Scale這支仙女棒如何大幅提升Virtuoso仿真效率？

注意：此方法不適合長期使用，磁盤的速度和內(nèi)存相比慢了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，如果不停讀寫 Swap，對系統(tǒng)整體性能有影響。

2、 怎么把這些機(jī)器組隊(duì)管理起來？

有了機(jī)器，下一步當(dāng)然是要把它們利用起來。

Calibre默認(rèn)支持單機(jī)多核并行跑任務(wù)，這意味著只要機(jī)器足夠大，就可以同時(shí)處理很多任務(wù)。

但是，當(dāng)你的大機(jī)器不夠多，或者根本拿不到大機(jī)器的時(shí)候，就很苦惱了。

我們的方法是：將所有機(jī)器組成一個(gè)集群——多機(jī)多核的方式同時(shí)跑多個(gè)任務(wù)。

關(guān)于單機(jī)、單核、單任務(wù)、多任務(wù)、集群化、并行化進(jìn)一步的定義與區(qū)別，可以看這篇：揭秘20000個(gè)VCS任務(wù)背后的“搬桌子”系列故事

集群自動(dòng)化管理，少量大機(jī)器需要，大量小機(jī)器就更需要了。

為啥？

理由一，能方便地自動(dòng)化運(yùn)維整個(gè)集群

比如軟件安裝配置、資源監(jiān)控、集群管理等工作，是需要IT一臺(tái)臺(tái)機(jī)器去逐一手動(dòng)操作，還是鼠標(biāo)點(diǎn)幾下就可以完成？

理由二，能快速方便地分配業(yè)務(wù)，提高資源利用率

比如，臨時(shí)需要將一批機(jī)器從團(tuán)隊(duì)A劃撥給團(tuán)隊(duì)B使用，有沒有什么辦法可以讓IT快速方便地進(jìn)行配置？

比如，因?yàn)橘Y源使用的不透明和缺乏有序管理，會(huì)出現(xiàn)不同人對同一資源的爭搶，任務(wù)排隊(duì)等現(xiàn)象。同時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)資源利用率還是不高。

3、怎么讓機(jī)器自動(dòng)化干活，不用人操心？

自動(dòng)化干活可太有必要了。

否則，那么多任務(wù)，那么多機(jī)器，需要多少雙手和眼睛才能忙得過來？

來，我們給你“手”和“眼睛”。

首先是我們的“手”——Auto-Scale功能。

來看一下本地手動(dòng)跑任務(wù)與Auto-Scale自動(dòng)化跑任務(wù)的區(qū)別：

基于我們自主研發(fā)的調(diào)度器——Fsched，Auto-Scale自動(dòng)伸縮功能自動(dòng)化創(chuàng)建集群，自動(dòng)監(jiān)控用戶提交的任務(wù)數(shù)量和資源需求，動(dòng)態(tài)按需地開啟與關(guān)閉所需算力資源，做到分鐘級(jí)彈性伸縮，在提升效率的同時(shí)有效降低成本。

更多療效，戳這篇：Auto-Scale這支仙女棒如何大幅提升Virtuoso仿真效率？

有了“手”干活，還得有“眼睛”盯著防止出錯(cuò)。

我們能多維度監(jiān)控任務(wù)狀態(tài)，提供基于EDA任務(wù)層的監(jiān)控、告警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能與服務(wù)。

如果沒有這雙“眼睛”，可能出現(xiàn)哪些問題？戳這篇：【案例】95后占半壁江山的浙桂，如何在百家爭鳴中快人一步

未來我們還會(huì)有一篇文章專門討論EDA領(lǐng)域基于業(yè)務(wù)的監(jiān)控功能，敬請期待哦~

你看，不僅可以自動(dòng)化跑任務(wù)，還能時(shí)刻幫你盯著任務(wù)是否出錯(cuò)。

來，我們小暴力一下

先說結(jié)論：

我們在單臺(tái)大機(jī)器和多臺(tái)小機(jī)器組合場景下分別跑了同一組Calibre任務(wù)。

單臺(tái)大機(jī)器場景下，隨著核數(shù)的增加，任務(wù)耗時(shí)呈現(xiàn)明顯的線性下降關(guān)系，整體性能曲線非常貼近基準(zhǔn)線（單機(jī)核數(shù)有上限，本次實(shí)證中，我們使用的最大單機(jī)為128核，并根據(jù)32核、64核、128核的耗時(shí)規(guī)律預(yù)估了256核單機(jī)的耗時(shí)數(shù)據(jù)，僅供參考）。

多臺(tái)小機(jī)器組合場景下，隨著機(jī)器數(shù)量的翻倍，任務(wù)耗時(shí)同樣線性下降，但在后期倍數(shù)關(guān)系上有所損耗，多機(jī)性能曲線略低于基準(zhǔn)線和單機(jī)性能曲線。

實(shí)證過程：

1、使用fastone云平臺(tái)調(diào)度32核、64核、128核單機(jī)分別運(yùn)行一組Calibre任務(wù)，耗時(shí)分別為14小時(shí)57分49秒、7小時(shí)30分28秒、3小時(shí)50分11秒；

2、按上條實(shí)證數(shù)據(jù)，預(yù)估使用fastone云平臺(tái)調(diào)度256核單機(jī)運(yùn)行一組Calibre任務(wù)的耗時(shí)為1小時(shí)58分6秒；

3、使用fastone云平臺(tái)調(diào)度2、4、8臺(tái)32核機(jī)器分別運(yùn)行一組Calibre任務(wù)，耗時(shí)分別7小時(shí)43分51秒、4小時(shí)6分14秒、2小時(shí)15分34秒。

還有大家關(guān)心的Intel第四代機(jī)器，我們也搞來跑了一下

在上一節(jié)中，我們使用的均為第三代英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器，而在2023年1月11日，英特爾正式推出了第四代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器。

我們立馬搞來跑了一遍，為了對比參照，我們還拉上了第二代和第三代，并且把核數(shù)都按比例換算為48核。

實(shí)證過程：

1、使用fastone云平臺(tái)調(diào)度48核第二代英特爾處理器運(yùn)行一組Calibre任務(wù)，耗時(shí)10小時(shí)46分26秒；

2、使用fastone云平臺(tái)調(diào)度48核第三代英特爾處理器運(yùn)行一組Calibre任務(wù)，耗時(shí)9小時(shí)56分13秒，相比第二代提升7.77%；

3、使用fastone云平臺(tái)調(diào)度48核第四代英特爾處理器運(yùn)行一組Calibre任務(wù)，耗時(shí)8小時(shí)18分43秒，相比第三代提升16.35%，比第二代提升22.85%。

可以看到每一代都有提升，且型號(hào)越新，提升幅度越大，三代比二代提升了7.77%，四代比三代提升了16.35%。

而在價(jià)格上，目前四代和三代的類似機(jī)型換算一下，幾乎是相同的。

實(shí)證小結(jié)

1、Calibre DRC/LVS/PEX不剛需高主頻機(jī)型，但要求多核、大內(nèi)存的機(jī)器，任務(wù)可拆分，適合暴力堆機(jī)器；

2、fastone云平臺(tái)的全球動(dòng)態(tài)資源池、集群自動(dòng)化管理能力、自動(dòng)化跑任務(wù)并監(jiān)控告警的功能可完美匹配Calibre的需求；

3、隨著計(jì)算資源的提升，Calibre的任務(wù)耗時(shí)呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系，其中單機(jī)整體性能曲線非常貼近基準(zhǔn)線，多機(jī)效果后期會(huì)略有折損；

4、最新型號(hào)的處理器可以大幅提升Calibre的效率，可根據(jù)項(xiàng)目周期與實(shí)際預(yù)算綜合考量機(jī)型配置。

本次EDA云實(shí)證系列Vol.13就到這里了。

下一期，我們聊ADS，也可能是ALPS。看心情~~~

關(guān)于fastone云平臺(tái)在各種EDA應(yīng)用上的表現(xiàn)，可以點(diǎn)擊以下應(yīng)用名稱查看：

HSPICE│OPC│VCS│Virtuoso

速石科技芯片設(shè)計(jì)五部曲，前三部先睹為快：

模擬IC│數(shù)字IC│算法仿真

- END -

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審核編輯 黃宇