千萬門級FPGA芯片EDA設(shè)計云平臺技術(shù)實(shí)現(xiàn)

朱 瑜

（無錫中微億芯有限公司，無錫 214072）

1 引言

現(xiàn)場可編程集成電路FPGA電路是集成了硬件、軟件和系統(tǒng)三位一體的高端處理芯片，通過軟件和程序?qū)崿F(xiàn)各種復(fù)雜功能，應(yīng)用于各領(lǐng)域邏輯控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算、信號處理等功能，決定了電子信息系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性和安全性。它是一個國家集成電路水平的標(biāo)志，帶動了整個電子產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，由于目前其核心技術(shù)都被美國公司掌握，中國市場高端電路中90%以上的依賴進(jìn)口，因此自主研發(fā)FPGA芯片、完成國產(chǎn)替代是具有重要意義。電子設(shè)計自動化 EDA是指用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，來完成超大規(guī)模集成電路芯片的功能設(shè)計、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計等流程的設(shè)計方式。為實(shí)現(xiàn)高水平設(shè)計團(tuán)隊(duì)芯片設(shè)計，需要建立新型的企業(yè)云EDA 設(shè)計平臺。

2 高性能FPGA設(shè)計系統(tǒng)要求

基于FPGA芯片設(shè)計的EDA技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，設(shè)計框架完善、硬件軟件配置合理、系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)先進(jìn)，是設(shè)計系統(tǒng)的主要要求。框架采用中心云概念與虛擬化技術(shù)，使高性能服務(wù)器等硬件發(fā)揮重要作用。這就要求實(shí)現(xiàn)以EDA企業(yè)云通過在中心機(jī)房云端整合軟硬件和模型數(shù)據(jù)等設(shè)計資源，實(shí)現(xiàn)用戶在本地?zé)o需安裝任何設(shè)計軟件和分析應(yīng)用軟件，即可隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)訪問 EDA 設(shè)計云平臺，在云設(shè)計平臺上進(jìn)行設(shè)計。

而采用的虛擬化技術(shù)將計算機(jī)的各種實(shí)體資源，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存及存儲等，予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來，打破實(shí)體結(jié)構(gòu)間的不可切割的障礙，這些資源的新虛擬部份是不受現(xiàn)有架設(shè)方式，地域或物理組態(tài)所限制，從而最大化的利用物理硬件。

3 EDA虛擬化云平臺實(shí)現(xiàn)

圖1所示EDA 設(shè)計云平臺，可以簡單地描述為在云端中心機(jī)房應(yīng)用服務(wù)器提供FPGA設(shè)計開發(fā)應(yīng)用軟件，集成了FPGA設(shè)計各個流程的 Synopsys、Cadence、Mentor、Xilinx、Cliosoft等EDA設(shè)計工具。中心服務(wù)器、核心交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)和存儲器進(jìn)行虛擬化配置，整合資源，能提供3家子公司獨(dú)立運(yùn)行，互不干涉，并且隔離的EDA設(shè)計平臺?？蛻艚K端采用升騰C92、Sunray瘦客戶機(jī)或PC機(jī)通過SGD遠(yuǎn)程調(diào)用模式登陸中心云服務(wù)器。

圖1 EDA虛擬化云平臺總體框架

4 云計算和虛擬化的實(shí)現(xiàn)

（1）云數(shù)據(jù)中心的計算虛擬化提供100臺以上的用戶虛擬化桌面，資源供應(yīng)性能是確保云服務(wù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，云平臺的秒級響應(yīng)可以在5-10秒完成1個虛擬服務(wù)器的創(chuàng)建，而創(chuàng)建100臺虛擬服務(wù)器也通常只需數(shù)分鐘。本文實(shí)現(xiàn)這一特性的機(jī)制是采用了寫時拷貝技術(shù)，資源的復(fù)制只有在需要寫入的時候才進(jìn)行，在此之前，只是以只讀方式共享，該技術(shù)大幅提升創(chuàng)建、改變和銷毀資源的速度。

（2）企業(yè)云中心服務(wù)器通過4臺戴爾R720和3臺刀片服務(wù)器安裝虛擬化操作系統(tǒng)VMware ESXi6組成主機(jī)虛擬化集群，將分配的NetApp8060存儲空間加入存儲集群，建立虛擬化的windows和linux操作系統(tǒng)群提供域控、DNS、郵箱系統(tǒng)、FTP、SGD和SUNRAY遠(yuǎn)程終端連接、SVN版本控制、NIS server虛擬設(shè)計服務(wù)等各項(xiàng)服務(wù)器功能。原本需要30臺獨(dú)立服務(wù)器構(gòu)成的服務(wù)群組，直接由這7臺同樣類型的服務(wù)器虛擬化完成，并集成在一個虛擬化的管理平臺上，不僅節(jié)約了服務(wù)器成本、機(jī)房占用空間減少，還可通過虛擬化管理軟件vSphereClient統(tǒng)一高效管理。

（3）網(wǎng)絡(luò)虛擬化采用了MDC技術(shù)。集團(tuán)新增一個子公司，重新購買部屬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會帶來預(yù)算費(fèi)用的增加。而分布式虛擬化技術(shù)可以將已部屬的設(shè)備劃分出一個虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來承擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，劃分出來的邏輯網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以單獨(dú)組網(wǎng)配置，對已部屬網(wǎng)絡(luò)無任何影響，并且完全隔離，獨(dú)立管理，而將一臺物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過軟件虛擬化成多臺邏輯網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)稱為 MDC（multitenant device contexts，多租戶設(shè)備環(huán)境）技術(shù)。本文將一臺H3C核心交換機(jī)虛擬化成3給虛擬交換機(jī)MDC1、MDC2和MDC3，分別提供3家子公司獨(dú)立組網(wǎng)。用戶登錄自己的 MDC 后，只能對自己的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行配置與管理，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行完全獨(dú)立和隔離，不會影響其他 MDC 的運(yùn)行。

（4）存儲虛擬化。云對象虛擬化存儲旨在解決傳統(tǒng)企業(yè)存儲方案的諸多局限性，提供更多擴(kuò)展的存儲空間、快速的數(shù)據(jù)存取性能、高度的可靠性和數(shù)據(jù)的安全性。本文通過對NetApp8060中心存儲虛擬化，將所有的硬盤構(gòu)成一個全局的塊存儲系統(tǒng)，分配給3家子公司獨(dú)立使用與管理，且互不影響。云分布式存儲的底層存儲介質(zhì)就用SATA、SAS和SSD混合硬盤，這樣的技術(shù)帶來的是寫I/O性能顯著提升，最大的使用到SSD盤的高速性能，滿足用戶激增時對寫I/O性能的嚴(yán)格要求，并節(jié)省了投資，將虛擬化的網(wǎng)絡(luò)以及軟件定義存儲達(dá)到硬件的性能。

5 結(jié)束語

建立了企業(yè)云EDA 設(shè)計平臺，將所需資源統(tǒng)一部署在企業(yè)中心機(jī)房云端，運(yùn)用虛擬化技術(shù)，改造數(shù)據(jù)中心，通過自動化的管理、虛擬化的資源整合方式，來高效地進(jìn)行 EDA 設(shè)計。應(yīng)用本系統(tǒng)已設(shè)計鑒定了3500萬門FPGA產(chǎn)品。適用于7000萬到億門產(chǎn)品設(shè)計。