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本期的主角是——Virtuoso。
半導(dǎo)體行業(yè)中使用范圍最廣的EDA應(yīng)用之一。
1991年Virtuoso技術(shù)正式發(fā)布，最初作為掩模設(shè)計師的版圖工具，是Opus平臺的一部分，主要功能包括電路設(shè)計與仿真、版圖設(shè)計、設(shè)計驗證，以及模擬／數(shù)字混合設(shè)計等。
近30年來，Virtuoso產(chǎn)品已和最初有很大不同，但其核心仍然是版圖編輯器。
應(yīng)用工具層面。Cadence一直致力于優(yōu)化EDA應(yīng)用算法和性能，提高自動化水平，將Virtuoso逐漸升級和擴展為集合多項新技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計平臺。
而從應(yīng)用到云資源層，就由我們來發(fā)揮了。
我們針對EDA應(yīng)用云原生適配，為IC研發(fā)設(shè)計人員提供一整套即開即用，快速上手的IC研發(fā)設(shè)計環(huán)境，系統(tǒng)性大幅提升研發(fā)效率。
我們到底是怎么做到的？
研發(fā)效率具體提高在哪些方面？
什么是即開即用的IC研發(fā)設(shè)計環(huán)境？好用嗎？改變原來習(xí)慣嗎？
以下是今天的正文：
用戶需求
某芯片設(shè)計公司做數(shù)模混合芯片，經(jīng)常使用Virtuoso調(diào)用Spectre完成仿真任務(wù)，需要趕MPW shuttle，即將面臨多項目同時進行、項目關(guān)鍵時間節(jié)點相同的困境。但公司CEO并不想單純靠增加本地機器來解決目前問題，一方面考慮到會對企業(yè)造成比較大的現(xiàn)金流壓力，另一方面公司并沒有專門的IT和CAD團隊。他對能不能用云解決現(xiàn)有問題十分重視，也直接和云廠商交流過，對我們的云上自動化和Auto-Scale功能很感興趣。
實證目標
1、fastone平臺是否支持在云端使用Virtuoso運行仿真任務(wù)？
2、通過平臺使用Virtuoso和本地差別大嗎？
3、Auto-Scale自動化伸縮具體怎么實現(xiàn)的？
4、Slurm調(diào)度器行不行？
實證參數(shù)
平臺：fastone企業(yè)版產(chǎn)品
應(yīng)用：Cadence Virtuoso
適用場景：數(shù)模混合電路設(shè)計及仿真
云端硬件配置：Spectre仿真主要需要的是計算密集型CPU，所以平臺推薦的是計算優(yōu)化型云端實例
調(diào)度器：Slurm（關(guān)于調(diào)度器，下文會詳細講解）
技術(shù)架構(gòu)圖：
一整套即開即用的IC研發(fā)設(shè)計環(huán)境，操作像吃了德芙般順滑
用戶對于在本地單機使用Virtuoso運行仿真任務(wù)，已經(jīng)非常熟悉。而對于在云上跑，用戶依然有以下疑問：什么叫一整套？從哪一步到哪一步？云上使用Virtuoso，操作方式會改變嗎？會不會很麻煩？
我們?yōu)橛脩籼峁┑漠a(chǎn)品，從登錄桌面、打開應(yīng)用、配置仿真、提交任務(wù)、自動上云開機運行任務(wù)并自動關(guān)機、查看結(jié)果進行調(diào)試……用戶所需要的操作與本地幾乎完全一致，每一步只需在平臺上使用鼠標簡單點選即可完成。
我們說的“一整套”，就是這個意思。 至于操作方式會不會改變？拿訪問集群舉例。用戶訪問集群，既可以通過命令行，也可以通過WebVNC圖形界面方式直接訪問。
手動模式訪問集群，一共有五步，往往還需要請IT先配置環(huán)境 ：1、在云端開一臺機器；2、在云端安裝VNC服務(wù)并進行配置，有幾個用戶使用就需要配置幾個賬號；3、在本地安裝VNC服務(wù)并進行配置；4、在云端開啟VNC服務(wù)；5、用戶使用各自賬號登錄客戶端VNC訪問云端。
我們?yōu)樗杏脩裘赓M提供WebVNC功能，自動化創(chuàng)建到訪問集群：1、通過Web瀏覽器登錄fastone平臺；2、在Web界面新建集群、配置資源；3、在已創(chuàng)建的集群點擊WebVNC遠程桌面圖標（同時提供WebSSH遠程命令行功能）；4、跳轉(zhuǎn)到虛擬桌面，可在該桌面中操作Virtuoso。
我們還提供了統(tǒng)一的用戶認證，不同用戶可以直接訪問VNC，無需重新配置。這種操作方式給用戶提供了熟悉的操作環(huán)境，使其能夠快速地遠程自動化訪問集群，避免了大量的手動部署，使用體驗更好。 在數(shù)據(jù)傳輸上，我們同樣為用戶提供了不改變操作習(xí)慣的DM工具，用戶無需在多套認證系統(tǒng)之間切換，使用統(tǒng)一的身份認證即可傳輸數(shù)據(jù)，并自動關(guān)聯(lián)云端集群進行計算，具體看這里《CAE云實證Vol.8：LS-DYNA求解效率深度測評 │ 六種規(guī)模，本地VS云端5種不同硬件配置》
當然，好處遠遠不止這些。
Auto-Scale自動伸縮就像仙女棒變大變小變漂亮
fastone通過Auto-Scale功能實現(xiàn)自動化創(chuàng)建集群的過程，可以實現(xiàn)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。 怎么讓仙女棒發(fā)揮作用？ 先來設(shè)置一下：
下圖就是開啟Auto-Scale功能后，用戶某項目一周之內(nèi)所調(diào)用云端計算資源的動態(tài)情況。其中橙色曲線為OD實例的使用狀況，紅色曲線為SPOT的使用狀況。OD：On-Demand，按需實例。針對短期彈性需求，按小時計費，但價格比較高。SPOT：可被搶占實例，又稱競價實例。價格最低可達到按需實例價格的10%，相當于秒殺，手快有手慢無，隨時可能被搶占中斷，需要有一定的技術(shù)實力才能使用。
兩個重點：
第一、從圖中可以看到整個階段算力波峰為約3500核，而波谷只有650核左右。用戶使用資源是存在明顯的波峰波谷周期的。Auto-Scale功能可以根據(jù)任務(wù)運算情況動態(tài)開啟云端資源，并在波峰過去后自動關(guān)閉，讓資源的使用隨著用戶的需求自動擴張及縮小，最大程度匹配任務(wù)需求。當然，用戶也可以選擇自己對最大最小值進行設(shè)置，加以限制。
這一方面節(jié)約了用戶成本，不需要時刻保持最高峰使用資源；另一方面也最大限度保證了任務(wù)最大效率運行。比如跑100個corner的仿真，以前只能同時跑10個，要花10天，現(xiàn)在可以同時跑100個，只要1天就可以完成。這兩種方式成本相同，為用戶節(jié)約出了顯著的時間差，大大縮短了任務(wù)運行周期，提升了研發(fā)效率。
第二、我們的Auto-Scale功能支持對不同計費模式（OD、SPOT）實例進行自動伸縮，OD按需實例價格通常為SPOT實例的3-10倍。
Auto-Scale功能可以根據(jù)不同的用戶策略，比如成本最優(yōu)還是時間優(yōu)先，自動化跨區(qū)、跨類型為用戶調(diào)度云資源，完成計算任務(wù)。
至于不同策略具體怎么落地執(zhí)行？相比時間優(yōu)先策略，成本優(yōu)先怎么做到降低成本最多達67%-90%？在這篇實證《生信云實證Vol.3：提速2920倍！用AutoDockVina對接2800萬個分子》里體現(xiàn)得十分明顯。
不僅限于運行任務(wù)期間，其實早在創(chuàng)建集群的時候，自動化Auto-Scale過程就已經(jīng)開始了。在這篇Bladed實證里，fastone平臺在任務(wù)的不同階段采取不同的策略應(yīng)對，除任務(wù)運行時間內(nèi)全部云資源滿負荷運作以外，在數(shù)據(jù)處理和結(jié)果數(shù)據(jù)上傳階段均只開啟了1-2臺機器，而其他準備過程不需要開啟機器。
習(xí)慣了LSF/SGESlurm調(diào)度器到底行不行？
為什么選擇Slurm調(diào)度器？
Virtuoso應(yīng)用原生支持的調(diào)度器有LSF和SGE。LSF作為商業(yè)軟件，由IBM提供商業(yè)支持，是半導(dǎo)體行業(yè)最常用的調(diào)度器軟件。曾經(jīng)衍生出的開源版Openlava在2016后IBM發(fā)起的版權(quán)訴訟之后，2018年正式被禁用。SGE商業(yè)版在去年已經(jīng)隨Univa被Altair收購。類似的，免費開源版已經(jīng)長期無維護和更新，也存在版權(quán)風(fēng)險。
LSF和SGE均按核時收費，價格不菲，如果在云端大規(guī)模使用，價格驚人，而且都需要購買單獨的Resource Connector或Navops Launch產(chǎn)品才能支持在云上使用。
而Slurm作為調(diào)度器四大流派里唯一的純開源派，就不受規(guī)模和費用的限制了。而且Slurm擁有容錯率高、支持異構(gòu)資源、高度可擴展等優(yōu)點，每秒可提交超過1000個任務(wù)，且由于是開放框架，高度可配置，擁有超過100種插件，因此適用性相當強。所以我們優(yōu)先選擇Slurm。
關(guān)于這四家主流調(diào)度器：LSF/SGE/Slurm/PBS以及它們的9個演化版本，可以看這篇文章《億萬打工人的夢：16萬個CPU隨你用》，我們進行了整體梳理和盤點，尤其是對云的支持方面劃了重點。
我們是怎么實現(xiàn)的？答案是：SGE Wrapper。
Wrapper是什么呢？可以看看下圖，可以看到同樣的命令在不同的調(diào)度器之間有不同的實現(xiàn)方式：
而Wrapper就像不同調(diào)度器命令語言中的翻譯器，我們相當于通過這個翻譯器，把Slurm語言翻譯成了Virtuoso聽得懂的SGE語言，于是應(yīng)用就能正常運行啦。
關(guān)于不同調(diào)度器的使用效果。我們曾經(jīng)在Proteus™ OPC實證場景四中分別使用SGE和Slurm在云端和本地分別調(diào)度2000核/5000核運行相同OPC任務(wù)。
結(jié)論是：對于計算結(jié)果無影響。
關(guān)于調(diào)度器如何在多機器多任務(wù)的情況下提升資源利用率，并進行自動化管理，可以看這篇《EDA云實證Vol.7：揭秘20000個VCS任務(wù)背后的“搬桌子”系列故事》
任務(wù)監(jiān)控還能搞出省錢大招？
根據(jù)我們對整個任務(wù)消耗資源狀態(tài)的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)運算該組任務(wù)所使用的內(nèi)存大部分時間在5G以下，但會有極短的一段時間（不超過半小時）達到17.5G。
從上圖中可以看到，Swap剩余量在短時間內(nèi)從8.6G跌到了7.1G，隨后很快回升到了8.38G，也就是說如果沒有Swap，運行內(nèi)存的瞬時缺口約為1.5G，勢必造成任務(wù)失敗。
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)存來讓別的程序運行。
如果配置16G的內(nèi)存，任務(wù)最后會因此失敗。但如果選擇配置32G內(nèi)存，著實有點浪費，畢竟也就超了一點點。而同等CPU資源下，配備32G內(nèi)存的價格普遍要比16G貴1.4-1.9倍。
正是由于完備的監(jiān)控和任務(wù)性能評估機制，我們建議用戶在云端運算時配備16G內(nèi)存，同時使用Swap功能渡過這段內(nèi)存波峰，以達到最高的性價比。
實證小結(jié)
1、fastone平臺支持在云端使用Virtuoso調(diào)用Spectre運行仿真任務(wù)；
2、用戶使用這套研發(fā)設(shè)計環(huán)境能閉環(huán)完成Virtuoso運行任務(wù)，且基本不改變用戶習(xí)慣；
3、fastone平臺的云上自動化模式和Auto-Scale功能能有效幫用戶縮短研發(fā)周期，同時降低使用成本；
4、Slurm調(diào)度器不會影響計算結(jié)果，是更具性價比及擴展性的選擇；
5、fastone平臺擁有完備的監(jiān)控及任務(wù)性能評估機制。
本次EDA實證系列Vol.10就到這里了。下一期我們聊HFSS。
