Arm validiert IP 1.000x+ schneller mit Solido auf AWS Graviton2

Arm, ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich des geistigen Eigentums (IP) für Halbleiter, entwickelt Technologien, die Hersteller integrierter Schaltkreise (ICs), wie z. B. System-on-Chips (SoC), zur Herstellung ihrer eigenen Produkte verwenden. Arm ist vor allem für die Entwicklung von CPU-Kernen bekannt, bietet aber auch die entscheidenden IP-Bausteine für SoCs, einschließlich GPUs, NPUs und Interconnects. Zur Vermarktung seines geistigen Eigentums muss Arm nachweisen, dass die Funktionalität des geistigen Eigentums robust genug ist, um eine hohe Chipausbeute zu gewährleisten und die vorgegebenen Ziele in Bezug auf Stromverbrauch, Leistung und Fläche (PPA) zu erreichen. In der Vergangenheit setzte Arm Brute-Force-Monte-Carlo-Simulationen ein, um die PPA und die Ausbeute zu verifizieren. Aufgrund der zunehmenden Komplexität des Chipdesigns und der Variationen im Herstellungsprozess ist es jedoch zu teuer, auf diese Weise weiterzumachen.

Arm setzte die Software Solido Variation Designer von Siemens EDA ein, um das IP über den gesamten Bereich von Prozess-, Spannungs- und Temperaturkombinationen mit Variationen nach 6-Sigma zu verifizieren. Jetzt kann Arm seine IP-Produkte nach 6-Sigma 1.000 Mal schneller verifizieren als mit Brute-Force-Monte-Carlo-Methoden und mit größerer Genauigkeit und Abdeckung. Darüber hinaus konnte das Unternehmen durch die Umstellung der Lösung auf AWS-Graviton2-Prozessoren, die auf dem Arm-Neoverse-N1-Kern basieren, die Kosten um 24 Prozent senken. 

Die IP von Arm wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter IoT-Sensoren und -Geräte, Smartphones und PCs, Automobil- und Industrieanwendungen sowie Cloud-Rechenzentren und Netzwerkinfrastrukturen. Vor der Lizenzierung und Auslieferung seines IP muss Arm das Design des Schaltkreises in verschiedenen Fertigungsvarianten und Umgebungsbedingungen simulieren, um nachzuweisen, dass es einwandfrei funktioniert, die PPA-Anforderungen erfüllt und qualitativ hochwertige Produkte hervorbringt.

Moderne Prozessknoten lassen die Transistorgrößen schrumpfen und ermöglichen SoCs eine höhere Leistung bei größerer Effizienz und Energieoptimierung. Mit schrumpfender Produktionsumgebung verringert sich auch die Fehlermarge für die Gewährleistung präziser, funktionierender Produkte, und es muss eine extrem große Anzahl von Simulationen nach der Brute-Force-Monte-Carlo-Methode durchgeführt werden. Das bedeutet noch mehr Rechenressourcen, mehr Simulationslaufzeit und damit mehr Aufwand für den Nachweis, dass die Komponenten zuverlässig funktionieren. Arm war sich bewusst, dass eine Möglichkeit gefunden werden musste, Simulationen und IP-Tests in neuen Produktionsumgebungen zu beschleunigen, ohne die Qualität oder Leistung zu gefährden.

Der Solido Variation Designer von Siemens EDA bietet eine umfassende Suite von Tools für variantengerechtes Design und Verifizierung. Er nutzt Machine-Learning-Technologien, um bedeutend weniger Simulationen mit der Genauigkeit von Brute-Force-Verfahren durchzuführen. „Wir nutzen den Solido Variation Designer auf AWS Graviton2, der auf der Arm-Neoverse-Technologie basiert, um unsere Standardzellen-IPs nach 6-Sigma zu verifizieren, und haben eine mehr als 1.000 Mal schnellere Simulation zu verzeichnen als mit den zuvor verwendeten Brute-Force-Techniken“, sagte Andrew Evans, Technical Director bei Arm. „Siemens EDA lieferte uns die perfekte Kombination aus fortschrittlicher Technologie und hervorragendem Support, wodurch wir die erforderliche Genauigkeit und Leistung über alle Prozesstechnologie-Plattformen hinweg erreichen können."

Seit mehr als 16 Jahren leistet das Solido-Team bei Siemens EDA Pionierarbeit in der Einführung künstlicher Intelligenz in das Chipdesign und in der Entwicklung adaptiver Machine-Learning-Techniken. Die bahnbrechende Technologie von Solido beschleunigt die Verifizierung auf SPICE-Ebene beträchtlich bei vollständig gleichbleibender Genauigkeit. Dadurch können Chipdesigner ihre Entwürfe gründlicher und schneller verifizieren, wodurch sich Chipdesigns mit höherer Leistung, geringerem Stromverbrauch und kostengünstigerer Herstellung ergeben. „Die von Arm eingesetzt Solido-Technologie ist die weltweit fortschrittlichste IP-Verifizierungslösung auf SPICE-Ebene“, erklärt Jeff Dyck, Director of Engineering bei Siemens EDA. „Arm ist ein hervorragender Technologiepartner, und wir freuen uns, dass die Solido-Technologie Arm bei der Produktion leistungsstarker und ertragreicher IP unterstützt.“

Mit dem Solido-Tool von Siemens EDA konnte Arm seine Ziele in Bezug auf niedrigen Stromverbrauch, hohe Leistung und Flächenoptimierung erreichen. Arm benötigte außerdem eine kostengünstige Möglichkeit zur Ausführung der erstellten Simulationen. Zunächst wurde eine eigene HPC-Umgebung (High Performance Computing) eingesetzt, die auf einer On-Premises-Rechenanlage aufbaute, die sich jedoch aufgrund der Kosten und Zeit für die Simulation als untragbar erwies. Statt einfach das vor Ort Vorhandene zu übernehmen, setzte Arm zur Optimierung für die Cloud-Umgebung Dienste wie Amazon Elastic Cloud (Amazon EC2) ein. Mit Spot-Instances kann Arm ungenutzte Amazon-EC2-Kapazitäten bis zu 90 Prozent günstiger als mit On-Demand-Preisen nutzen. Die HPC-Scheduling-Engine von Arm sendet Aufträge an Spot-Instances, wenn freie Kapazitäten vorhanden sind und der Preis pro Stunde und Instance dem entspricht, was Arm zu zahlen bereit ist. Spot-Instances eignen sich hervorragend für Kunden wie Arm mit unvorhersehbarer und variabler Workload.

Selbst wenn man die Serverrabatte berücksichtigt, machen Simulationen immer noch einen großen Posten im Computing-Budget von Arm aus. Die Kostenoptimierung hat für das Ingenieurteam von Arm stets Priorität, denn mehr Zeit kostet mehr Geld, und die Rechenzeit wird durch den Prozessor bestimmt, der die Workload ausführt. Als AWS Amazon-EC2-Instances auf Basis des Graviton2-Prozessors anbot, erkannte Arm die Möglichkeit, seine bestehende Nutzung des Solido Variation Designers durch Migration auf Graviton2-basierte Instances zu erweitern, was die Kosten von Arm um 24 Prozent senkte, die gesamte CPU-Zeit um 12 Prozent reduzierte und die Durchlaufzeit um sechs Prozent verbesserte.

Durch den Einsatz des Solido Variation Designers von Siemens EDA auf AWS konnte Arm seine Produkte mehr als 1.000 Mal schneller verifizieren als mit Brute Force Monte Carlo, und das bei höherer Abdeckung und Genauigkeit. Das Tool simuliert die Produkte, bevor sie hergestellt werden, und stellt sicher, dass das Endprodukt die PPA- und Ertragsziele erfüllt. Das Team stellte das Tool auf Amazon-EC2-M6g-Instances mit Graviton2-Prozessoren bereit, um die Skalierbarkeit und Effizienz vollständig verwalteter Cloud-Services mit den effizientesten Rechenressourcen zu realisieren.

Die Geschichte wird aber noch besser. Möchten Sie wissen, warum Graviton2 so viel effizienter ist? Der AWS-Graviton2-Prozessor wurde mit Arm-Neoverse-N1-Kernen gebaut, die eine hoch skalierbare Infrastruktur für Rechenzentren von der Cloud bis zum Edge ermöglichen. Graviton2 bietet eine bis zu 40 Prozent bessere Preisleistung als vergleichbare AWS-Instances der aktuellen Generation für eine Vielzahl von Workloads. „Wenn die IP von Arm von Partnern übernommen wird und wir sie wiederum für die Entwicklung der nächsten Produktgeneration nutzen können, profitiert das gesamte Partner-Ökosystem von dieser Zusammenarbeit", sagte Philippe Moyer, VP Design Enablement bei Arm. „Wir nennen das Arm on Arm.“