Arm valide ses PI 1 000 fois plus vite avec Solido sur AWS Graviton2

Arm, leader mondial de la propriété intellectuelle (PI) des semi-conducteurs, développe des technologies que les fabricants de dispositifs intégrés utilisent pour créer leurs propres produits de circuits intégrés (CI), tels que les systèmes sur puce (SoC, system-on-chips). Plus connue pour la conception de cœurs de processeurs, Arm offre également les blocs de construction de PI essentiels pour les SoC, y compris les GPU, les NPU et les interconnexions. Pour commercialiser sa PI, Arm doit démontrer que la fonctionnalité de la PI est suffisamment robuste pour garantir un rendement élevé de la puce et atteindre les objectifs spécifiés en matière de puissance, de performance et de surface (PPA, power, performance, and area). Par le passé, Arm utilisait des simulations de Monte Carlo par force brute pour vérifier la PPA et le rendement. Cependant, la complexité croissante de la conception des puces et la variation des processus de fabrication rendent cette méthode trop coûteuse.

Arm a adopté le logiciel Solido Variation Designer de Siemens EDA pour vérifier la propriété intellectuelle sur toute la gamme des combinaisons de processus, de tension et de température, avec une variation allant jusqu'à 6 sigma. Désormais, Arm peut vérifier ses produits de PI à 6 sigma, 1 000 fois plus rapidement qu'en utilisant des méthodes Monte Carlo par force brute, avec une précision et une couverture accrues. En outre, en faisant fonctionner la solution sur les processeurs Graviton2 d'AWS, qui sont basés sur le cœur Neoverse N1 d'Arm, l'entreprise a réduit ses coûts de 24 %. 

La propriété intellectuelle d'Arm est utilisée dans un large éventail d'applications diverses, notamment les capteurs et les appareils IoT, les smartphones et les PC, les cas d'utilisation automobile et industrielle, ainsi que les centres de données du cloud et les infrastructures de réseaux. Avant d'accorder une licence et de livrer sa propriété intellectuelle, Arm doit simuler la conception du circuit en fonction de différentes variations de fabrication et de conditions environnementales afin de prouver qu'il fonctionnera correctement, qu'il répondra aux exigences de la PPA et qu'il donnera des produits de haute qualité.

Les nœuds de processus modernes réduisent la taille des transistors et permettent aux SoC de fournir des performances plus élevées tout en optimisant l'efficacité et la consommation. Le rétrécissement de l'environnement de production réduit également la marge d'erreur pour garantir des produits précis et fonctionnels et nécessite l'exécution d'un très grand nombre de simulations selon la méthode de Monte Carlo par force brute. Cela signifie encore plus de ressources de calcul, plus de temps de simulation et donc plus de dépenses pour prouver que les composants fonctionnent de manière fiable. Arm savait qu'il lui fallait un moyen d'accélérer les simulations et les tests de PI dans les nouveaux environnements de production sans compromettre la qualité ou les performances.

Solido Variation Designer de Siemens EDA offre une suite complète d'outils pour la conception et la vérification tenant compte des variations. Il utilise des technologies de machine learning pour fournir un nombre nettement inférieur de simulations tout en conservant la précision des techniques de force brute. « Nous utilisons Solido Variation Designer sur AWS Graviton2, basé sur la technologie Arm Neoverse, pour vérifier nos PI de cellules standard jusqu'à 6 sigma, et nous avons constaté une simulation plus de 1 000 fois plus rapide que les techniques de force brute utilisées précédemment », déclare Andrew Evans, directeur technique chez Arm. « Siemens EDA a fourni la combinaison parfaite d'une technologie avancée et d'un excellent support, ce qui nous a permis d'atteindre la précision et les performances nécessaires sur toutes les plateformes de technologie de processus ».

Depuis plus de 16 ans, l'équipe Solido de Siemens EDA est pionnière dans l'introduction de l'intelligence artificielle dans la conception des puces et dans le développement de techniques de machine learning adaptatives. La technologie révolutionnaire de Solido accélère la vérification au niveau SPICE de manière significative, tout en préservant la précision. Les concepteurs de puces peuvent ainsi vérifier les designs de manière plus approfondie et plus rapide, ce qui permet de concevoir des puces plus performantes, moins gourmandes en énergie et moins chères à fabriquer. « La technologie Solido utilisée par Arm est la solution de vérification d'IP au niveau SPICE la plus avancée au monde », explique Jeff Dyck, directeur de l'ingénierie chez Siemens EDA. « Arm a été un partenaire technologique extraordinaire avec lequel travailler, et nous sommes ravis que la technologie Solido aide Arm à produire des PI très performantes et à haut rendement ».

L'outil Solido de Siemens EDA a aidé Arm à atteindre ses objectifs en matière de faible consommation, de hautes performances et d'optimisation des surfaces. Arm avait également besoin d'un moyen rentable d'exécuter les simulations qu'elle produisait. Elle a commencé par utiliser son propre environnement de calcul haute performance (HPC) construit sur une ferme de calcul sur site, mais cela s'est avéré non viable du point de vue des coûts et du temps de simulation. Au lieu de se contenter de reprendre ce qui était utilisé sur site, Arm a adopté des services comme Amazon Elastic Cloud (Amazon EC2) pour optimiser l'environnement cloud. Avec les instances Spot, Arm peut profiter de la capacité inutilisée d'Amazon EC2 avec une réduction allant jusqu'à 90 % par rapport aux prix à la demande. Le moteur d'ordonnancement HPC d'Arm envoie des tâches aux Instances Spot lorsqu'il y a de la capacité disponible et que le prix facturé par heure et par instance correspond à ce qu'Arm est prêt à payer. Les Instances Spot fonctionnent parfaitement pour les clients comme Arm qui ont une charge de travail imprévisible et variable.

Même en tenant compte des remises sur les serveurs, les simulations représentent toujours un poste important dans le budget de calcul d'Arm. L'optimisation des coûts est toujours une priorité pour l'équipe d'ingénieurs d'Arm, car plus de temps coûte plus d'argent, et le temps de calcul est déterminé par le processeur qui exécute la charge de travail. Lorsqu'AWS a proposé des instances Amazon EC2 basées sur le processeur Graviton2, Arm a vu l'opportunité d'étendre son utilisation existante de Solido Variation Designer en migrant son utilisation vers des instances basées sur Graviton2, ce qui a réduit les coûts d'Arm de 24 %, le temps total du processeur de 12 % et le délai d'exécution de 6 %.

L'utilisation de Solido Variation Designer de Siemens EDA sur AWS a permis à Arm de vérifier ses produits plus de 1 000 fois plus vite que la méthode Monte Carlo par force brute, avec une couverture et une précision supérieures. L'outil fait effectivement le calcul pour simuler les produits avant leur fabrication et s'assurer que le produit final atteindra les objectifs de PPA et de rendement. L'équipe a déployé l'outil sur des instances Amazon EC2 M6g alimentées par des processeurs Graviton2 afin de bénéficier de la mise à l'échelle et de l'efficacité de services cloud entièrement gérés avec les ressources de calcul les plus efficaces.

Mais l'histoire devient encore meilleure. Curieux de savoir ce qui a rendu le Graviton2 tellement plus efficace ? Le processeur AWS Graviton2 a été construit à l'aide de cœurs Arm Neoverse N1, ce qui permet d'obtenir une infrastructure de centre de données hautement évolutive, du cloud à la périphérie. Graviton2 offre des performances tarifaires jusqu'à 40 % supérieures à celles des instances AWS de génération actuelle comparables pour une grande variété de charges de travail. « Lorsque la propriété intellectuelle d'Arm est adoptée par les partenaires, et que nous pouvons à notre tour l'utiliser pour développer la prochaine génération de produits, c'est tout l'écosystème des partenaires qui bénéficie de cette collaboration », a déclaré Philippe Moyer, vice-président du développement de la conception chez Arm. « Nous appelons cela Arm on Arm (bras dessus, bras dessous) ».