萌芽于1980年代、自21世紀(jì)伊始逐漸成長(zhǎng)茁壯的云端運(yùn)算(cloud computing)技術(shù)，在包括亞馬遜(Amazon)、Google等英特網(wǎng)巨擘以及老牌軟件大廠(chǎng)微軟(Microsoft)推波助瀾之下，持續(xù)擴(kuò)張其勢(shì)力范圍，各種以云端為基礎(chǔ)的服務(wù)不僅已經(jīng)滲透到一般大眾的日常生活、催生了新產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用，云端技術(shù)也正在改變不同傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用市場(chǎng)的游戲規(guī)則，包括電子制造產(chǎn)業(yè)以及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

不過(guò)，盡管大眾使用者可能已經(jīng)很習(xí)慣將個(gè)人的智能手機(jī)或PC內(nèi)的照片等檔案「丟」到云端、以節(jié)省裝置內(nèi)部?jī)?chǔ)存空間也方便與親友共享，眾多企業(yè)也開(kāi)始利用以云端為基礎(chǔ)的IT環(huán)境來(lái)提升營(yíng)運(yùn)效率、節(jié)省成本；但對(duì)于保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)重于一切的電子從業(yè)者與IC廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，采用這類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施需要更審慎的評(píng)估，得確保其安全性以避免任何機(jī)密外泄的風(fēng)險(xiǎn)。因此盡管早已經(jīng)有供貨商推出將電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具放在云端的解決方案，大多數(shù)業(yè)者對(duì)于「在云端進(jìn)行設(shè)計(jì)」仍抱持觀望態(tài)度。

「EDA上云端」已成明顯趨勢(shì)

究竟為何需要讓EDA上云端？其一是因?yàn)閷?duì)許多新創(chuàng)公司或是中小型電子/IC設(shè)計(jì)業(yè)者來(lái)說(shuō)，若要采購(gòu)設(shè)計(jì)流程所需的全套工具軟件會(huì)是一筆沉重的負(fù)擔(dān)、利用率可能也不高；其次是當(dāng)設(shè)計(jì)案變得越來(lái)越復(fù)雜，例如高達(dá)數(shù)十層電路板的系統(tǒng)或是動(dòng)輒百萬(wàn)閘極芯片，驗(yàn)證與仿真等步驟對(duì)于設(shè)計(jì)業(yè)者自有的運(yùn)算設(shè)備能力會(huì)是一大考驗(yàn)，而為那些并非經(jīng)常性的大型設(shè)計(jì)案擴(kuò)充數(shù)據(jù)中心似乎不是劃算的投資，此時(shí)云端方案就會(huì)是兼具成本效益與彈性的選項(xiàng)。

大約在1990年代末期與2000年初，EDA業(yè)者就已經(jīng)想到為客戶(hù)在設(shè)計(jì)需求高峰時(shí)刻透過(guò)云端方案提供更多運(yùn)算資源，透過(guò)銷(xiāo)售虛擬專(zhuān)用網(wǎng)(VPN)的概念，讓客戶(hù)能在進(jìn)行軟/硬件仿真時(shí)加強(qiáng)馬力。而大約在10年前，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了幾家推出云端EDA工具方案的小型業(yè)者，例如一家總部位于新加坡的新創(chuàng)公司Plunify，就是藉由云端運(yùn)算提供FPGA組件設(shè)計(jì)與驗(yàn)證平臺(tái)，以「用多少付多少」的使用時(shí)數(shù)或運(yùn)算單位計(jì)費(fèi)方法，在協(xié)助工程師加快設(shè)計(jì)流程同時(shí)，也能讓小型設(shè)計(jì)業(yè)者減輕成本負(fù)擔(dān)；還有一家名為OneSpin的美國(guó)業(yè)者，則是透過(guò)云端提供形式驗(yàn)證(formal verification)平臺(tái)，并且強(qiáng)調(diào)其安全性。

至于在今年6月舉行的年度設(shè)計(jì)自動(dòng)化大會(huì)(DAC 2018)上浮現(xiàn)的一個(gè)明顯趨勢(shì)，是EDA供貨商本身開(kāi)始加大宣傳云端工具服務(wù)的力道，包括益華計(jì)算機(jī)(Cadence)、Mentor (現(xiàn)隸屬于Siemens旗下)等業(yè)者都發(fā)表了云端產(chǎn)品，讓客戶(hù)能利用云端的強(qiáng)大資源，支持運(yùn)算量繁重的硬件仿真(emulation)流程；例如Cadence的Palladium Cloud是能讓客戶(hù)在需要進(jìn)行硬件仿真時(shí)購(gòu)買(mǎi)閘極容量，Mentor的Veloce Stato平臺(tái)則是讓客戶(hù)能透過(guò)亞馬遜(Amazon)的云端服務(wù)Amazon Web Services (AWS)直接按需求取得硬件仿真資源。

云端EDA：逐步建立市場(chǎng)信任度

然而盡管將EDA工具放上云端已是一個(gè)明顯趨勢(shì)，EDA供貨商對(duì)于推展此項(xiàng)業(yè)務(wù)的態(tài)度十分謹(jǐn)慎。如Cadence在8月中旬于臺(tái)灣舉行的年度使用者大會(huì)CDNLive Taiwan 2018上，特別邀請(qǐng)到合作伙伴AWS的信息科技/半導(dǎo)體全球業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)主管David Pellerin發(fā)表以「應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、AI與半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的云端EDA創(chuàng)新」(Innovation in Cloud-based EDA for IoT, AI and Semiconductor Design)為題的演說(shuō)，為現(xiàn)場(chǎng)超過(guò)700位IC設(shè)計(jì)工程師聽(tīng)眾講解EDA工具與云端結(jié)合可帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)；不過(guò)Cadence全球副總裁/亞太區(qū)總裁石豐瑜在會(huì)后接受EE Times Taiwan采訪(fǎng)時(shí)表示，云端方案目前對(duì)營(yíng)收的貢獻(xiàn)度還很低，該公司現(xiàn)階段也不會(huì)把所有工具放上云端，會(huì)看客戶(hù)需求，而安全性仍是多數(shù)IC設(shè)計(jì)業(yè)者考慮云端方案時(shí)的最大顧慮。

Mentor執(zhí)行長(zhǎng)Walden C. (Wally) Rhines在8月底于臺(tái)灣舉行的年度技術(shù)論壇Mentor Forum 2018接受EE Times Taiwan采訪(fǎng)時(shí)則表示，雖然該公司發(fā)展云端方案已經(jīng)有一段時(shí)間，在6月的DAC也正式推出與AWS合作的云端版Veloce Stato硬件仿真平臺(tái)，但云端方案還不那么受客戶(hù)歡迎，一開(kāi)始的主要原因是客戶(hù)憂(yōu)慮安全性，不過(guò)現(xiàn)在多數(shù)人已經(jīng)逐漸建立對(duì)云端技術(shù)的信任，所以安全應(yīng)該已經(jīng)不是最大的問(wèn)題；而因?yàn)槎鄶?shù)大型IC設(shè)計(jì)客戶(hù)都有自己的數(shù)據(jù)中心，較不會(huì)需要云端EDA方案，中小型業(yè)者或新創(chuàng)公司雖然會(huì)有需求，但因?yàn)槟壳霸贫朔桨冈趦r(jià)格上與一般方案差不多，「以為上云端可以省很多錢(qián)的客戶(hù)可能會(huì)很失望。」

于是云端EDA似乎一直是以緩慢的速度拓展其市場(chǎng)版圖，直到10月初，晶圓代工龍頭臺(tái)積電(TSMC)發(fā)出的一項(xiàng)最新訊息，有可能改變這樣的局勢(shì)──臺(tái)積電是在美國(guó)硅谷舉行的開(kāi)放創(chuàng)新平臺(tái)(Open Innovation Platform，OIP)生態(tài)環(huán)境論壇上宣布，與包括云端服務(wù)供貨商AWS、微軟(Microsoft) Azure，還有EDA供貨商Cadence、新思科技(Synopsys)成立第五大OIP聯(lián)盟，也就是云端聯(lián)盟(Cloud Alliance)，提供以云端架構(gòu)為基礎(chǔ)的「虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境」(Virtual Design Environment；VDE)，內(nèi)含經(jīng)過(guò)臺(tái)積電認(rèn)證的IC設(shè)計(jì)后段流程RTL-to-GDSII數(shù)字設(shè)計(jì)以及schematic capture-to-GDSII的客制化設(shè)計(jì)能力，協(xié)助客戶(hù)安全且靈活的在云端進(jìn)行IC設(shè)計(jì)。

臺(tái)積電加持　云端EDA發(fā)展前景可期

根據(jù)臺(tái)積電發(fā)布的新聞?dòng)嵪ⅲ挥谠贫说腛IP VDE數(shù)字設(shè)計(jì)以及客制化設(shè)計(jì)流程，結(jié)合了制程技術(shù)檔(process technology file)、制程設(shè)計(jì)套件(Process design kit；PDK)、基礎(chǔ)硅智財(cái)(foundation IP)以及設(shè)計(jì)參考流程(reference flows)等OIP芯片設(shè)計(jì)輔助數(shù)據(jù)，并通過(guò)了充分的測(cè)試程序；為了降低客戶(hù)首度采用云端方案的門(mén)坎并提供足夠技術(shù)支持，Cadence與Synopsys將扮演在第一線(xiàn)直接服務(wù)客戶(hù)的角色，各自經(jīng)營(yíng)位于AWS與微軟Azure的「虛擬店面」，協(xié)助客戶(hù)架設(shè)VDE。

在官方新聞稿中，臺(tái)積電技術(shù)發(fā)展副總經(jīng)理侯永清表示：「云端無(wú)所不在，并且會(huì)全面影響未來(lái)芯片設(shè)計(jì)的進(jìn)行；」而臺(tái)積電是第一家與伙伴合作提供云端設(shè)計(jì)解決方案的晶圓代工業(yè)者，「OIP VDE能提供客戶(hù)彈性、安全，透過(guò)硅晶認(rèn)證的云端設(shè)計(jì)解決方案，幫助他們按照需求有效地?cái)U(kuò)充運(yùn)算設(shè)備，進(jìn)而加速下一代系統(tǒng)芯片的上市時(shí)間?！顾仓赋觯_(tái)積電「對(duì)于整個(gè)云端的趨勢(shì)感到振奮，我們不只在公司內(nèi)部采用云端處理先進(jìn)制程設(shè)計(jì)上所需的大量高速運(yùn)算…我們提供的云端解決方案除了可以執(zhí)行系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)所需的大量批次化運(yùn)算，更確保了例如客制化芯片布局等高度互動(dòng)性的設(shè)計(jì)工作能夠在云端上順暢地執(zhí)行?！?o:p style="box-sizing: border-box; margin: 0px; padding: 0px;">

由Cadence以及Synopsys個(gè)別經(jīng)營(yíng)的臺(tái)積電OIP VDE虛擬店面都已經(jīng)上線(xiàn)，其中Cadence的Cloud-Hosted Design Solution已有成功的設(shè)計(jì)定案完成，是與微軟以及臺(tái)積電的IP聯(lián)盟伙伴SiFive合作，由分別位于印度與美國(guó)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)共同在微軟Azure上的VDE完成64位多核心RISC-V架構(gòu)CPU設(shè)計(jì)，可用于執(zhí)行RISC-V的Linux操作系統(tǒng)和相關(guān)應(yīng)用程序。

此外Synopsys為臺(tái)積電OIP VDE提供的云端解決方案(Synopsys Cloud Solution)也已上線(xiàn)，適用AWS以及微軟Azure的云端環(huán)境；Synopsys表示，該公司的云端解決方案運(yùn)用了PrimeTime時(shí)序分析、簽核、StarRC萃取等工具的擴(kuò)充性，也運(yùn)用了IC Validator簽核實(shí)體驗(yàn)證、HSPICE、CustomSim與FineSim電路仿真、SiliconSmart特性分析、VCS功能驗(yàn)證、VC Formal形式驗(yàn)證以及Z01X故障模擬(fault simulation)等等功能加速設(shè)計(jì)周期。Synopsys并與AWS合作以云端解決方案完成臺(tái)積電7納米制程PCIe 5.0高速DesignWare PHY硅智財(cái)?shù)漠a(chǎn)品設(shè)計(jì)定案。

臺(tái)積電預(yù)期，其他EDA供貨商最終也將加入OIP云端聯(lián)盟，并將前段設(shè)計(jì)流程也納入云端解決方案中；為了測(cè)試云端服務(wù)的能力，臺(tái)積電也正在利用此服務(wù)設(shè)計(jì)5納米制程(N5) SRAM。該公司設(shè)計(jì)基礎(chǔ)架構(gòu)營(yíng)銷(xiāo)事業(yè)部資深協(xié)理Suk Lee在10月初臺(tái)積電公布云端聯(lián)盟成立訊息后接受EE Times美國(guó)版編輯采訪(fǎng)時(shí)表示：「我們還沒(méi)測(cè)試所有可能的組合，但考慮到我們的PDK已經(jīng)通過(guò)認(rèn)證，我們對(duì)此服務(wù)信心十足；」他并透露，該公司主管是在云端服務(wù)發(fā)表的六個(gè)月前才同意建立此一服務(wù)：「我們?cè)谠贫诉M(jìn)行了N5 SRAM的開(kāi)發(fā)，這說(shuō)明了我們對(duì)于使用此服務(wù)的自在程度。」

在云端設(shè)計(jì)IC可能比在你家設(shè)計(jì)更安全？

有了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)龍頭廠(chǎng)商臺(tái)積電的加持，云端EDA的發(fā)展前景看來(lái)更為樂(lè)觀；但即使如此，對(duì)于從未接觸云端方案的IC設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)恐怕仍會(huì)擔(dān)心，若要跟上「老大」的腳步，是否會(huì)需要花費(fèi)額外的時(shí)間精力(當(dāng)然還有成本)來(lái)學(xué)習(xí)全新的設(shè)計(jì)流程與接口？要使用臺(tái)積電的OIP VDE，一開(kāi)始需要聘請(qǐng)臺(tái)積電的合作伙伴之一，根據(jù)需求以及授權(quán)協(xié)議來(lái)建立客制化網(wǎng)站；而Cadence與Synopsys在為客戶(hù)建置設(shè)計(jì)環(huán)境方面都有豐富的經(jīng)驗(yàn)，能提供充分的技術(shù)支持，AWS與Microsoft也都對(duì)自家云端環(huán)境接口的易用性與安全性信心滿(mǎn)滿(mǎn)。

已經(jīng)擁有臺(tái)積電云端平臺(tái)使用經(jīng)驗(yàn)的SiFive執(zhí)行長(zhǎng)Naveed Sherwani在10月初接受EE Times美國(guó)版編輯訪(fǎng)問(wèn)時(shí)指出，采用該云端服務(wù)需要一些前置作業(yè)時(shí)間，包括設(shè)置由云端服務(wù)業(yè)者托管的在線(xiàn)專(zhuān)屬空間，還有擬定、簽署保密協(xié)議(NDA)以及商業(yè)相關(guān)條款等等文件，不過(guò)使用者最終會(huì)看到云端業(yè)務(wù)流程的高效率；Sherwani表示SiFive正朝著以云端入口提供其IP授權(quán)與設(shè)計(jì)服務(wù)的方向發(fā)展，盡管還有一段路要走，但該公司看好其潛力；他指出，SiFive位在美國(guó)硅谷與印度Bangalore的團(tuán)隊(duì)透過(guò)云端進(jìn)行設(shè)計(jì)，「在不到三個(gè)月時(shí)間就完成了整套前后段設(shè)計(jì)，創(chuàng)下速度上的新高紀(jì)錄。」

至于利用云端進(jìn)行設(shè)計(jì)的成本？Sherwani表示，因?yàn)镾iFive在云端上完成的設(shè)計(jì)案因?yàn)椴⒎巧虡I(yè)產(chǎn)品，他們并未評(píng)估設(shè)計(jì)成本。透過(guò)云端EDA進(jìn)行設(shè)計(jì)的成本會(huì)取決于使用者所選擇的CPU與儲(chǔ)存容量配置，不同的云端服務(wù)供貨商會(huì)有不同的計(jì)費(fèi)模式。而針對(duì)初入云端的使用者，微軟Azure則是針對(duì)臺(tái)積電OIP VDE推出了包括免費(fèi)賬號(hào)、30天內(nèi)有效的200美元消費(fèi)點(diǎn)數(shù)，以及多項(xiàng)Azure在線(xiàn)產(chǎn)品免費(fèi)試用的方案，希望吸引更多IC設(shè)計(jì)工程師上云端。

曾經(jīng)是芯片設(shè)計(jì)工程師的微軟Azure硬件基礎(chǔ)工程部總經(jīng)理及杰出工程師Kushagra Vaid接受EE Times Taiwan訪(fǎng)問(wèn)時(shí)表示，隨著半導(dǎo)體制程邁向7納米以下節(jié)點(diǎn)，越來(lái)越復(fù)雜的芯片設(shè)計(jì)案也會(huì)需要越來(lái)越大量的運(yùn)算性能與儲(chǔ)存空間(參考圖1)，但若要為此不斷擴(kuò)充自家硬件基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)IC設(shè)計(jì)業(yè)者來(lái)說(shuō)會(huì)是一大負(fù)擔(dān)，云端EDA方案正可以提供兼具成本效益與彈性的解決方案。他指出，IC設(shè)計(jì)者使用建置于Azure的VDE，除了不需要額外的軟硬件設(shè)備投資，EDA工具接口也會(huì)與他們?cè)舅褂玫囊粯樱恢劣谑褂谜邥?huì)擔(dān)心的安全問(wèn)題，「我們每年在安全技術(shù)上的投資達(dá)到10億美元，而且全球有數(shù)千位工程師負(fù)責(zé)維護(hù)數(shù)據(jù)安全；」多數(shù)企業(yè)恐怕還不一定能為自家數(shù)據(jù)中心的安全做到如此保障。

 芯片設(shè)計(jì)案需要的運(yùn)算量與儲(chǔ)存容量不斷升高 

在AWS負(fù)責(zé)全球半導(dǎo)體業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)、擁有IC與EDA產(chǎn)業(yè)界豐富資歷的Pellerin在稍早前接受EE Times美國(guó)版訪(fǎng)問(wèn)時(shí)也指出，在過(guò)去的幾年間，隨著一線(xiàn)公司將更多產(chǎn)品以及IT架構(gòu)轉(zhuǎn)移至云端，安全性問(wèn)題大部分都已經(jīng)解決，而像是金融服務(wù)與制藥等產(chǎn)業(yè)，都已經(jīng)透過(guò)AWS或其他云端服務(wù)業(yè)者證明這個(gè)概念；他表示「我們已經(jīng)來(lái)到了EDA與計(jì)算機(jī)輔助工程(CAD)的新發(fā)展階段，平臺(tái)正在轉(zhuǎn)移，就是云端。」

結(jié)合最新IT科技 IC/電子產(chǎn)業(yè)邁向嶄新未來(lái)

或許可以說(shuō)，無(wú)論硬件設(shè)計(jì)工程師們是不是能接受，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)的轉(zhuǎn)移將會(huì)是一個(gè)不可避免的趨勢(shì)；就像是一般消費(fèi)大眾已經(jīng)感受到了云端技術(shù)所帶來(lái)的便利性與效益，隨著各種專(zhuān)為IC設(shè)計(jì)與電子業(yè)者量身打造的云端環(huán)境與服務(wù)不斷精進(jìn)，以及像是臺(tái)積電這樣擁有龐大生態(tài)系統(tǒng)影響力的重量級(jí)廠(chǎng)商持續(xù)采用與推廣，在云端進(jìn)行IC與各種電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的習(xí)慣養(yǎng)成只是時(shí)間問(wèn)題。

云端環(huán)境能為復(fù)雜IC/電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)案帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，除了提供在運(yùn)算性能與儲(chǔ)存容量方面的可擴(kuò)充性，未來(lái)當(dāng)設(shè)計(jì)方法導(dǎo)入越來(lái)越多人工智能(AI)、機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)等相關(guān)技術(shù)，云端運(yùn)算也會(huì)成為不可或缺的元素。試想有一天，當(dāng)電子裝置的每一個(gè)組成組件、以及從組件到系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)計(jì)流程都完成數(shù)字化并躍上云端，再結(jié)合AI與物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)的不但是更高的工作效率與生產(chǎn)力，還有更符合終端使用者需求、更容易維護(hù)與改善的產(chǎn)品，也能讓設(shè)計(jì)工程師有更多的時(shí)間專(zhuān)注于創(chuàng)新。

當(dāng)設(shè)計(jì)平臺(tái)朝向云端轉(zhuǎn)移，也會(huì)衍生全新的商業(yè)營(yíng)運(yùn)模式；例如一家誕生在臺(tái)灣的業(yè)者富比庫(kù)(FootPrintKu)，提供的是一種結(jié)合AI的EDA文件檔案云端管理平臺(tái)，能為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)業(yè)者根據(jù)其使用的EDA工具，建立客制化的零件規(guī)格表、電路符號(hào)或是零件3D模型，并藉由機(jī)器學(xué)習(xí)分析客戶(hù)需求，為工程師提升設(shè)計(jì)項(xiàng)目的執(zhí)行與管理效率，同時(shí)加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程。而產(chǎn)業(yè)界也開(kāi)始思考，是否能將金融科技所運(yùn)用的區(qū)塊鏈等技術(shù)，運(yùn)用在硬件生產(chǎn)的連網(wǎng)設(shè)備上以實(shí)現(xiàn)更高等級(jí)的安全防護(hù)與資源共享……各種最新IT技術(shù)將為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來(lái)哪些新面貌？且讓我們拭目以待！