EDA怎么實(shí)現(xiàn)并行化

EDA（Electronic Design Automation電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）之所以存在，是因?yàn)?a target="_blank">半導(dǎo)體公司覺得開發(fā)和維護(hù)工具的成本太昂貴，不過如果EDA想要繼續(xù)好好生存下去，就得努力成為創(chuàng)新周期的一部分了。

為什么機(jī)器學(xué)習(xí)（machine learning）想要在EDA中產(chǎn)生影響仍然需要很長時(shí)間？與該領(lǐng)域的專家交談時(shí)，了解到一個(gè)事實(shí)，硬件設(shè)計(jì)與機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用有非常大的不同。Brian Bailey,?作為一位超過35年工作經(jīng)驗(yàn)的EDA工具開發(fā)人員告訴我們，如今EDA公司面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)仍然是要去加速仿真。許多公司已經(jīng)在該領(lǐng)域投入了大量資金，帶給用戶和投資者的卻往往是令人失望的結(jié)果。其中的問題在于設(shè)計(jì)中的隨機(jī)性活動(dòng)。

Brian Bailey曾經(jīng)參與到第一個(gè)RTL仿真器?– Hilo的開發(fā)。作為一名年輕的大學(xué)畢業(yè)生，他的一項(xiàng)任務(wù)是將Hilo移植到當(dāng)時(shí)所存在的大量計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中。大型主機(jī)，小型計(jì)算機(jī)，早期的CDA工作站，他們使用的處理器和操作系統(tǒng)都是不同的。移植的第一步會涉及到發(fā)送給制造商的調(diào)查問卷，根據(jù)調(diào)查問卷里的答案，可以知道怎樣寫源代碼可以使移植更容易一些，同時(shí)也會知道這樣的移植大概會表現(xiàn)得怎么樣。Hilo通常會成為緩存結(jié)構(gòu)來處理大量內(nèi)存的隨機(jī)訪問。

隨機(jī)（Random）是一個(gè)關(guān)鍵詞。Brian Bailey經(jīng)常會去想，仿真器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是什么時(shí)候建立的，內(nèi)存是否可以更像交通流量一樣在設(shè)計(jì)中被組織起來。他認(rèn)為這是值得去努力的，有人會做到這一點(diǎn)。

但并非所有EDA中的數(shù)據(jù)都是非結(jié)構(gòu)化的。跟蹤數(shù)據(jù)（trace data）是功能驗(yàn)證和調(diào)試所必需的，它是非常結(jié)構(gòu)化的。之所以這么說，是因?yàn)樗跁r(shí)間，很多都是規(guī)則的。事實(shí)上，在Brian Bailey開始去構(gòu)建現(xiàn)在被稱為機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的近30年之后，他才有了一個(gè)想法，可以在多次運(yùn)行中查看大量的跟蹤數(shù)據(jù)，并查找測試向量和測試向量中的異常情況。雖然如今的系統(tǒng)獲得了一定的成功，但它們在處理過程中的功耗實(shí)在是太大了，在以前他們僅限于用在單處理器結(jié)構(gòu)上可能并不覺得。

EDA一直在尋找方法，希望可以完全捕捉到并行的處理過程，進(jìn)展卻很緩慢。很大程度是因?yàn)殡S機(jī)化的問題，Brain Bailey認(rèn)為還有一個(gè)很重要的原因是EDA的生存空間正在被壓縮。Mentor的CEO，Wally Rhines，在很多貿(mào)易展會上也提到過，EDA在半導(dǎo)體銷售額中的比例一直比較穩(wěn)定，但如今的EDA公司需要將沒有增加的錢投資到比以前更多的領(lǐng)域，每一項(xiàng)新技術(shù)的開發(fā)對EDA公司而言都是巨大的投資。此外，EDA公司還在追求一些方面，比如在抽象級上的提升，去涵蓋更大的系統(tǒng)視圖，以及一些必要的容量增加。

想要實(shí)現(xiàn)并行化（Parallelization）通常是很難的。ANSYS公司的Preeti Gupta這樣給我們解釋，如果去做字典搜索（dictionary search），想要在字典中找到Brian這個(gè)名字，可以將字典分成500個(gè)部分，將它們分別發(fā)放到500個(gè)不同的機(jī)器中，將獲得的500個(gè)答案匯總到一起看。這樣做是很盲目沒有準(zhǔn)確性的，因?yàn)槟愕玫降拿恳粋€(gè)答案都跟其他的答案是無關(guān)的。當(dāng)我們考慮EDA的問題時(shí)，卻往往環(huán)環(huán)相扣，任何一環(huán)的輸出都會影響另一環(huán)的輸入。這里就出現(xiàn)我們最大的挑戰(zhàn)了，如何將這種高度關(guān)聯(lián)的問題進(jìn)行空間并行化。

Brian Bailey也認(rèn)為這是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)，不過已經(jīng)有很多數(shù)據(jù)表明，可以用機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)去解決這個(gè)問題。通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工具可以使用的形式，提供對所有數(shù)據(jù)的訪問，這也意味著會將權(quán)利交給用戶，這會令EDA公司感到有些恐懼，因?yàn)樗麄儠ヒ欢ǔ潭鹊目刂茩?quán)。更有可能發(fā)生的情況是，用戶開始這樣去做了，卻發(fā)現(xiàn)跟以前一樣，對他們自己而言這樣的投資是不合算的，他們會要求EDA公司去接管他們的工作并將其商業(yè)化。

這其實(shí)是一個(gè)循環(huán)，但它有一個(gè)前提是，讓用戶能夠自己尋找新的解決方案。EDA公司必須公開他們的數(shù)據(jù)并且相信他們的客戶，這樣半導(dǎo)體公司也可以成為EDA創(chuàng)新周期的一部分了。