Arm は AWS Graviton2 で Solido を導入して IP の検証を 1,000 倍以上高速化

半導体の知的財産 (IP) の世界的リーダーである Arm は、集積デバイスメーカーがシステムオンチップ (SoC) などの独自の集積回路 (IC) 製品を製造するために用いる技術を開発しています。 CPU コアの設計で最もよく知られている Arm は、GPU、NPU、インターコネクトなどの SoC 用の重要な IP ビルディングブロックも提供しています。IP を商業化するために、Arm は IP の機能が十分に堅牢で、高いチップ収率を確保し、電力、性能、面積 (PPA) に関する特定の目標を達成できることを示す必要があります。これまで、Arm はブルートフォースモンテカルロシミュレーションを使用して PPA と歩留まりを検証していましたが、チップ設計の複雑さと製造プロセスのバラツキが増えているため、この方法を続けるにはコストがかかりすぎます。

Arm は Siemens EDA の Solido Variation Designer ソフトウェアを採用して、プロセス、電圧、温度のあらゆる組み合わせで 6 シグマまでのバリエーションで IP を検証しました。現在、Arm は IP 製品を 6 シグマまで検証できるようになりました。これは、ブルートフォースモンテカルロ法を使用する場合の 1,000 倍の速さで、より高い精度とカバレッジを実現しています。さらに、このソリューションを Arm Neoverse N1 コアをベースとする AWS Graviton2 プロセッサで動作するように移行したことで、同社はコストを 24% 削減しました。 

Arm IP は、IoT センサーやデバイス、スマートフォンや PC、自動車や産業用ユースケース、クラウドデータセンターやネットワークインフラストラクチャなど、さまざまなアプリケーションで使用されています。Arm は、IP のライセンスを取得して提供する前に、さまざまな製造バリエーションや環境条件で回路の設計をシミュレートして、回路が正しく機能し、PPA 要件を満たし、高品質の製品を生産できることを証明する必要があります。

最新のプロセスノードはトランジスタのサイズを縮小し、SoC がより高い効率と消費電力を最適化してより高いパフォーマンスを発揮できるようにします。生産環境が縮小するにつれて、正確で適切に機能する製品を確実に製造するための誤差幅も小さくなり、ブルートフォースモンテカルロ法で非常に多くのシミュレーションを実行する必要があります。つまり、計算リソースが増え、シミュレーションの実行時間が長くなるため、コンポーネントが確実に動作することを証明するための費用も増えます。Arm は、品質やパフォーマンスを犠牲にすることなく、新しい生産環境でのシミュレーションと IP テストをスピードアップする方法が必要であることを知っていました。

Siemens EDA の Solido Variation Designer は、バリエーション対応の設計と検証のための包括的なツールスイートを提供します。機械学習技術を使用して、ブルートフォース技法の精度を保ちながらシミュレーションの数を桁違いに少なくしています。「当社では、Arm Neoverse テクノロジーをベースとした AWS Graviton2 で Solido Variation Designer を使用して、標準のセル IP を 6 シグマまで検証しています。これまで使用していたブルートフォース技術に比べて、シミュレーションが 1,000 倍以上高速になりました」と、Arm のテクニカルディレクターである Andrew Evans 氏は述べています。「Siemens EDA は、高度なテクノロジーと優れたサポートの完璧な組み合わせを提供してくれたため、すべてのプロセステクノロジープラットフォームで必要とされる精度とパフォーマンスを実現できました」。

Siemens EDA の Solido チームは、16 年以上にわたり、チップ設計に人工知能を導入し、適応型機械学習技術を開発してきたパイオニアです。 Solido の画期的なテクノロジーは、精度を完全に保ちながら、SPICE レベルの検証を桁違いに高速化します。これにより、チップ設計者は設計をより詳細かつ迅速に検証できるようになり、その結果、より高性能で消費電力が低く、製造コストも安いチップ設計が可能になります。 「Arm が使用している Solido テクノロジーは、世界で最も先進的な SPICE レベルの IP 検証ソリューションです」と、Siemens EDA のエンジニアリング担当ディレクター、Jeff Dyck 氏は語ります。「Arm は連携するのに素晴らしいテクノロジーパートナーであり、Arm が最高性能で高収率の IP を生産するのに Solido のテクノロジーが役立っていることを嬉しく思います」。

Siemens EDA の Solido ツールは、Arm が低消費電力、高性能、および面積最適化の目標を達成するのに役立ちました。 Arm は、作成したシミュレーションを実行するための費用対効果の高い方法も必要としていました。当初は、オンプレミスのコンピューティングファーム上に構築された独自のハイパフォーマンスコンピューティング (HPC) 環境を使用していましたが、コストとシミュレーション時間の観点からは持続不可能であることが判明しました。Arm は、オンプレミスで使用されていたものをただ移行するのではなく、Amazon Elastic Cloud (Amazon EC2) などのサービスを採用してクラウド環境を最適化しました。スポットインスタンスを使用すると、Arm は未使用の Amazon EC2 キャパシティをオンデマンド料金と比較して最大 90% 割引で利用できます。Arm の HPC スケジューリングエンジンは、空き容量があり、なおかつ各インスタンスで 1 時間あたり請求される料金が、Arm が支払う用意のある金額と一致した場合に、スポットインスタンスにジョブを送信します。 スポットインスタンスは、Arm のようにワークロードが予測不能で変動しやすい顧客に最適です。

サーバーの割引を考慮しても、シミュレーションは依然として Arm のコンピューティング予算の大きな項目となっています。時間が長くなるほどコストがかかり、計算時間はワークロードを実行するプロセッサによって決まるため、コストの最適化は Arm のエンジニアリングチームにとって優先事項となってきました。 AWS が Graviton2 プロセッサをベースにした Amazon EC2 インスタンスを提供したとき、Arm は Solido Variation Designer の使用を Graviton2 ベースのインスタンスに移行することで、Solido Variation Designer の既存の用途を拡張する機会を見出しました。これにより、Arm のコストが 24% 削減され、合計 CPU 時間が 12% 削減され、ターンアラウンドタイムが 6% 改善されました。

Siemens EDA の Solido Variation Designer を AWS で使用したことで、Arm はブルートフォースモンテカルロの 1,000 倍以上の速さで、より広範囲かつ高精度で製品を検証できるようになりました。このツールは、製品を製造する前に効果的に計算を行い、最終製品が確実に PPA と生産量の目標を達成するようにします。チームはこのツールを Graviton2 プロセッサを搭載した Amazon EC2 M6g インスタンスにデプロイし、最も効率的なコンピューティングリソースを備えたフルマネージド型クラウドサービスの規模と効率を実現しました。

しかし、ストーリーはそこで終わりません。Graviton2 の効率が大幅に向上した理由を知りたいと思われることでしょう。 AWS Graviton2 プロセッサは Arm Neoverse N1 コアを使用して構築されているため、クラウドからエッジまで拡張性の高いデータセンターインフラストラクチャを実現できます。Graviton2 は、さまざまなワークロードに対して、現行世代の同等の AWS インスタンスよりも最大 40% 高い料金パフォーマンスを実現します。「Arm IP がパートナーに採用され、私たちがそれを次世代の製品の開発に使用できるようになれば、パートナーエコシステム全体がそのコラボレーションから恩恵を受けられます」と、Arm のデザインイネーブルメント担当副社長の Philippe Moyer 氏は述べています。「私たちはこれを Arm on Arm と呼んでいます」。