千萬門級FPGA芯片EDA設計云平臺技術實現

朱 瑜

（無錫中微億芯有限公司，無錫 214072）

1 引言

現場可編程集成電路FPGA電路是集成了硬件、軟件和系統三位一體的高端處理芯片，通過軟件和程序實現各種復雜功能，應用于各領域邏輯控制、數據運算、信號處理等功能，決定了電子信息系統的先進性、可靠性和安全性。它是一個國家集成電路水平的標志，帶動了整個電子產業鏈的發展，由于目前其核心技術都被美國公司掌握，中國市場高端電路中90%以上的依賴進口，因此自主研發FPGA芯片、完成國產替代是具有重要意義。電子設計自動化 EDA是指用計算機輔助設計軟件，來完成超大規模集成電路芯片的功能設計、綜合、驗證、物理設計等流程的設計方式。為實現高水平設計團隊芯片設計，需要建立新型的企業云EDA 設計平臺。

2 高性能FPGA設計系統要求

基于FPGA芯片設計的EDA技術突飛猛進的發展，設計框架完善、硬件軟件配置合理、系統與網絡技術先進，是設計系統的主要要求?？蚣懿捎弥行脑聘拍钆c虛擬化技術，使高性能服務器等硬件發揮重要作用。這就要求實現以EDA企業云通過在中心機房云端整合軟硬件和模型數據等設計資源，實現用戶在本地無需安裝任何設計軟件和分析應用軟件，即可隨時隨地通過網絡訪問 EDA 設計云平臺，在云設計平臺上進行設計。

而采用的虛擬化技術將計算機的各種實體資源，如服務器、網絡、內存及存儲等，予以抽象、轉換后呈現出來，打破實體結構間的不可切割的障礙，這些資源的新虛擬部份是不受現有架設方式，地域或物理組態所限制，從而最大化的利用物理硬件。

3 EDA虛擬化云平臺實現

圖1所示EDA 設計云平臺，可以簡單地描述為在云端中心機房應用服務器提供FPGA設計開發應用軟件，集成了FPGA設計各個流程的 Synopsys、Cadence、Mentor、Xilinx、Cliosoft等EDA設計工具。中心服務器、核心交換機網絡和存儲器進行虛擬化配置，整合資源，能提供3家子公司獨立運行，互不干涉，并且隔離的EDA設計平臺?？蛻艚K端采用升騰C92、Sunray瘦客戶機或PC機通過SGD遠程調用模式登陸中心云服務器。

圖1 EDA虛擬化云平臺總體框架

4 云計算和虛擬化的實現

（1）云數據中心的計算虛擬化提供100臺以上的用戶虛擬化桌面，資源供應性能是確保云服務質量的重要指標，云平臺的秒級響應可以在5-10秒完成1個虛擬服務器的創建，而創建100臺虛擬服務器也通常只需數分鐘。本文實現這一特性的機制是采用了寫時拷貝技術，資源的復制只有在需要寫入的時候才進行，在此之前，只是以只讀方式共享，該技術大幅提升創建、改變和銷毀資源的速度。

（2）企業云中心服務器通過4臺戴爾R720和3臺刀片服務器安裝虛擬化操作系統VMware ESXi6組成主機虛擬化集群，將分配的NetApp8060存儲空間加入存儲集群，建立虛擬化的windows和linux操作系統群提供域控、DNS、郵箱系統、FTP、SGD和SUNRAY遠程終端連接、SVN版本控制、NIS server虛擬設計服務等各項服務器功能。原本需要30臺獨立服務器構成的服務群組，直接由這7臺同樣類型的服務器虛擬化完成，并集成在一個虛擬化的管理平臺上，不僅節約了服務器成本、機房占用空間減少，還可通過虛擬化管理軟件vSphereClient統一高效管理。

（3）網絡虛擬化采用了MDC技術。集團新增一個子公司，重新購買部屬網絡設備會帶來預算費用的增加。而分布式虛擬化技術可以將已部屬的設備劃分出一個虛擬網絡設備來承擔數據轉發功能，劃分出來的邏輯網絡設備可以單獨組網配置，對已部屬網絡無任何影響，并且完全隔離，獨立管理，而將一臺物理網絡設備通過軟件虛擬化成多臺邏輯網絡設備的技術稱為 MDC（multitenant device contexts，多租戶設備環境）技術。本文將一臺H3C核心交換機虛擬化成3給虛擬交換機MDC1、MDC2和MDC3，分別提供3家子公司獨立組網。用戶登錄自己的 MDC 后，只能對自己的網絡資源進行配置與管理，網絡運行完全獨立和隔離，不會影響其他 MDC 的運行。

（4）存儲虛擬化。云對象虛擬化存儲旨在解決傳統企業存儲方案的諸多局限性，提供更多擴展的存儲空間、快速的數據存取性能、高度的可靠性和數據的安全性。本文通過對NetApp8060中心存儲虛擬化，將所有的硬盤構成一個全局的塊存儲系統，分配給3家子公司獨立使用與管理，且互不影響。云分布式存儲的底層存儲介質就用SATA、SAS和SSD混合硬盤，這樣的技術帶來的是寫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性能的嚴格要求，并節省了投資，將虛擬化的網絡以及軟件定義存儲達到硬件的性能。

5 結束語

建立了企業云EDA 設計平臺，將所需資源統一部署在企業中心機房云端，運用虛擬化技術，改造數據中心，通過自動化的管理、虛擬化的資源整合方式，來高效地進行 EDA 設計。應用本系統已設計鑒定了3500萬門FPGA產品。適用于7000萬到億門產品設計。