千万门级FPGA芯片EDA设计云平台技术实现

2018-08-03朱瑜

数字通信世界 2018年7期

朱瑜

（无锡中微亿芯有限公司，无锡 214072）

1 引言

现场可编程集成电路FPGA电路是集成了硬件、软件和系统三位一体的高端处理芯片，通过软件和程序实现各种复杂功能，应用于各领域逻辑控制、数据运算、信号处理等功能，决定了电子信息系统的先进性、可靠性和安全性。它是一个国家集成电路水平的标志，带动了整个电子产业链的发展，由于目前其核心技术都被美国公司掌握，中国市场高端电路中90%以上的依赖进口，因此自主研发FPGA芯片、完成国产替代是具有重要意义。电子设计自动化 EDA是指用计算机辅助设计软件，来完成超大规模集成电路芯片的功能设计、综合、验证、物理设计等流程的设计方式。为实现高水平设计团队芯片设计，需要建立新型的企业云EDA 设计平台。

2 高性能FPGA设计系统要求

基于FPGA芯片设计的EDA技术突飞猛进的发展，设计框架完善、硬件软件配置合理、系统与网络技术先进，是设计系统的主要要求。框架采用中心云概念与虚拟化技术，使高性能服务器等硬件发挥重要作用。这就要求实现以EDA企业云通过在中心机房云端整合软硬件和模型数据等设计资源，实现用户在本地无需安装任何设计软件和分析应用软件，即可随时随地通过网络访问 EDA 设计云平台，在云设计平台上进行设计。

而采用的虚拟化技术将计算机的各种实体资源，如服务器、网络、内存及存储等，予以抽象、转换后呈现出来，打破实体结构间的不可切割的障碍，这些资源的新虚拟部份是不受现有架设方式，地域或物理组态所限制，从而最大化的利用物理硬件。

3 EDA虚拟化云平台实现

图1所示EDA 设计云平台，可以简单地描述为在云端中心机房应用服务器提供FPGA设计开发应用软件，集成了FPGA设计各个流程的 Synopsys、Cadence、Mentor、Xilinx、Cliosoft等EDA设计工具。中心服务器、核心交换机网络和存储器进行虚拟化配置，整合资源，能提供3家子公司独立运行，互不干涉，并且隔离的EDA设计平台。客户终端采用升腾C92、Sunray瘦客户机或PC机通过SGD远程调用模式登陆中心云服务器。

图1 EDA虚拟化云平台总体框架

4 云计算和虚拟化的实现

（1）云数据中心的计算虚拟化提供100台以上的用户虚拟化桌面，资源供应性能是确保云服务质量的重要指标，云平台的秒级响应可以在5-10秒完成1个虚拟服务器的创建，而创建100台虚拟服务器也通常只需数分钟。本文实现这一特性的机制是采用了写时拷贝技术，资源的复制只有在需要写入的时候才进行，在此之前，只是以只读方式共享，该技术大幅提升创建、改变和销毁资源的速度。

（2）企业云中心服务器通过4台戴尔R720和3台刀片服务器安装虚拟化操作系统VMware ESXi6组成主机虚拟化集群，将分配的NetApp8060存储空间加入存储集群，建立虚拟化的windows和linux操作系统群提供域控、DNS、邮箱系统、FTP、SGD和SUNRAY远程终端连接、SVN版本控制、NIS server虚拟设计服务等各项服务器功能。原本需要30台独立服务器构成的服务群组，直接由这7台同样类型的服务器虚拟化完成，并集成在一个虚拟化的管理平台上，不仅节约了服务器成本、机房占用空间减少，还可通过虚拟化管理软件vSphereClient统一高效管理。

（3）网络虚拟化采用了MDC技术。集团新增一个子公司，重新购买部属网络设备会带来预算费用的增加。而分布式虚拟化技术可以将已部属的设备划分出一个虚拟网络设备来承担数据转发功能，划分出来的逻辑网络设备可以单独组网配置，对已部属网络无任何影响，并且完全隔离，独立管理，而将一台物理网络设备通过软件虚拟化成多台逻辑网络设备的技术称为 MDC（multitenant device contexts，多租户设备环境）技术。本文将一台H3C核心交换机虚拟化成3给虚拟交换机MDC1、MDC2和MDC3，分别提供3家子公司独立组网。用户登录自己的 MDC 后，只能对自己的网络资源进行配置与管理，网络运行完全独立和隔离，不会影响其他 MDC 的运行。

（4）存储虚拟化。云对象虚拟化存储旨在解决传统企业存储方案的诸多局限性，提供更多扩展的存储空间、快速的数据存取性能、高度的可靠性和数据的安全性。本文通过对NetApp8060中心存储虚拟化，将所有的硬盘构成一个全局的块存储系统，分配给3家子公司独立使用与管理，且互不影响。云分布式存储的底层存储介质就用SATA、SAS和SSD混合硬盘，这样的技术带来的是写I/O性能显著提升，最大的使用到SSD盘的高速性能，满足用户激增时对写I/O性能的严格要求，并节省了投资，将虚拟化的网络以及软件定义存储达到硬件的性能。