Thiết kế chip AI dựa trên nền tảng đám mây

“

Tóm tắt:
- Thị trường chip AI đang bùng nổ, dự kiến đạt 138 tỷ USD năm 2028 (từ 38 tỷ USD năm 2023). Hơn 190 công ty khởi nghiệp chip AI đã xuất hiện, dù ngành này có rào cản công nghệ và chi phí cao. Công cụ EDA trên đám mây là giải pháp giúp khởi nghiệp đẩy nhanh chu kỳ thiết kế, giảm chi phí và rủi ro.
- Synopsys Cloud cung cấp nền tảng EDA-as-a-Service linh hoạt, hỗ trợ toàn bộ quy trình thiết kế chip.
- Mô hình FlexEDA: Cấp phép EDA theo thời gian sử dụng (theo giờ/phút), tiết kiệm thời gian và chi phí.
- Tăng tốc 3 khía cạnh chính:
+ Thiết lập môi trường EDA nhanh chóng
+ Tự động cấp phép theo phút
+ Củng cố niềm tin từ xưởng đúc sản xuất chip
- ZeBu® Cloud hỗ trợ mô phỏng phần cứng/phần mềm, đẩy nhanh xác minh thiết kế chip AI.
- Mentium & TetraMem là ví dụ thành công trong sử dụng Synopsys Cloud để thiết kế và tapeout chip nhanh chóng.
- Lợi ích chính: đẩy nhanh thời gian ra thị trường, tăng hiệu quả thiết kế, linh hoạt tài chính và bảo mật cao.
- Kết luận: Các công ty khởi nghiệp chip AI đang tận dụng sức mạnh điện toán đám mây để cạnh tranh với các ông lớn ngành bán dẫn.

Futurum Research gần đây đã dự đoán rằng thị trường bộ xử lý và bộ tăng tốc cho các ứng dụng AI trong phân khúc trung tâm dữ liệu sẽ tăng trưởng ở mức CAGR 30% để đạt 138 tỷ USD vào năm 2028, tăng từ mức 38 tỷ đô la vào năm 2023.

Dự báo tăng trưởng này thật đáng kinh ngạc, nhưng điều đáng chú ý nữa là số lượng các công ty khởi nghiệp chip AI trong ngành công nghiệp cạnh tranh cao này - ngành công nghiệp có chi phí và công nghệ cao, nơi chỉ những bộ xử lý sáng tạo nhất mới có thể tồn tại.

Cách tiếp cận mới trong thiết kế chip

Khi bước vào kỷ nguyên AI, nhu cầu về chip AI đang tăng vọt và cuộc đua đưa những con chip đó - và các hệ thống mà chúng cho phép - ra thị trường đang diễn ra. Mặc dù có nhiều rào cản đáng kể khi gia nhập, nhưng đã có hơn 190 công ty khởi nghiệp nhảy vào thị trường bộ xử lý AI. Làm thế nào những công ty này, với ít nguồn lực và cơ sở hạ tầng hơn so với các công ty chip AI đã thành danh hiện nay, có thể đổi mới và cạnh tranh?

Vì những công ty khởi nghiệp này thường không có cơ sở hạ tầng hoặc nguồn lực của các công ty bán dẫn truyền thống, nhiều công ty đang sử dụng các phương pháp tiếp cận phi truyền thống để đổi mới và cạnh tranh. Để đáp ứng nhu cầu, các nhóm kỹ sư bán dẫn được yêu cầu đẩy nhanh chu kỳ thiết kế chip và giảm thiểu rủi ro đi kèm với sự gia tăng theo cấp số nhân về độ phức tạp và quy mô. Đối với các công ty khởi nghiệp chip, thời gian là yếu tố vô cùng quan trọng: có thể hoàn thiện thiết kế nguyên mẫu càng nhanh thì họ càng sớm đưa những sáng kiến của mình ra thị trường

Không có cách nào tốt hơn để cân bằng sân chơi hơn, đó là đánh bại đối thủ cạnh tranh để đưa sản phẩm ra thị trường và nhiều công ty khởi nghiệp về chip AI đang sử dụng các công cụ dựa trên đám mây để đẩy nhanh chu kỳ thiết kế của họ. Mirko Prezioso, đồng sáng lập kiêm Tổng giám đốc điều hành của Mentium Technologies, một công ty khởi nghiệp chuyên về bộ đồng xử lý AI cho các ứng dụng quan trọng trong không gian, robot và an ninh, đã chia sẻ trong phiên họp tại Hội nghị thượng đỉnh AI Hardware & Edge AI năm 2024 tại San Jose, California. Prezioso ghi nhận việc nhóm của mình sử dụng các dịch vụ đám mây đã đẩy nhanh thời gian hoàn thiện thiết kế mới nhất của họ.

Synopsys Cloud tạo ra một sân chơi mới

Synopsys đang hợp tác với một số công ty chip và IP AI mới nổi như Mentium, Blue Cheetah Analog Design, Rain.ai và TetraMem, cùng nhiều công ty khác, để thúc đẩy quá trình phát triển của họ, từ thăm dò và triển khai đến sản xuất. Nền tảng thiết kế chip Synopsys Cloud EDA-as-a-Service, bao gồm mô hình kinh doanh FlexEDA cùng với khả năng truy cập liền mạch vào danh mục IP bán dẫn, đã giúp khách hàng tăng thời gian đạt được kết quả trung bình lên 40% ngoài việc thúc đẩy cải tiến phát triển. Synopsys Cloud kết hợp tính khả dụng của cơ sở hạ tầng lưu trữ và tính toán tiên tiến với quyền truy cập không giới hạn vào giấy phép phần mềm EDA theo yêu cầu để các công ty khởi nghiệp có thể tập trung vào việc thiết kế chip nhanh hơn.

Với các công cụ EDA gốc trên nền tảng đám mây và nền tảng phần cứng được tối ưu hóa, mô hình kinh doanh cực kỳ linh hoạt và trải nghiệm khách hàng hiện đại, Synopsys đã tái hiện tương lai của thiết kế chip trên đám mây mà không làm gián đoạn quy trình làm việc đã được chứng minh.

Nguyên lý cốt lõi của mô hình FlexEDA là khả năng cấp phép EDA không giới hạn với hình thức thanh toán theo mức sử dụng thực theo giờ hoặc theo phút. Các nhà thiết kế chip thiết kế, lên lịch và chạy một công việc EDA cụ thể dựa trên vị trí của họ trong chu kỳ thiết kế và các mục tiêu về công suất, hiệu suất và diện tích (PPA). Synopsys Cloud sẽ tự động mở rộng phần mềm EDA dựa trên cơ sở hạ tầng đám mây do nhà thiết kế kích hoạt cho công việc cụ thể. Synopsys Cloud giúp đẩy nhanh thời gian đưa sản phẩm ra thị trường theo ba cách độc đáo.

1. Thời gian thiết lập được tăng tốc

Thiết lập môi trường EDA mới là một công việc phức tạp liên quan đến việc tạo môi trường tính toán và lưu trữ, tải phần mềm EDA, thiết lập trình lập lịch và quản lý người dùng, cấu hình máy chủ cấp phép và cài đặt giấy phép, kích hoạt bộ công cụ thiết kế quy trình đúc (PDK), kích hoạt luồng và tập lệnh EDA.., trước khi kỹ sư có thể thực hiện nhiệm vụ đầu tiên. Quá trình này có thể mất vài tuần và đây là khoảng thời gian quý báu có thể tiết kiệm được bằng cách tận dụng triển khai Synopsys Cloud SaaS, cung cấp mọi thứ được liệt kê ở trên trong môi trường an toàn, được cấu hình sẵn với các luồng được xác định trước và tính toán được tối ưu hóa. Ví dụ, một công ty khởi nghiệp có thể sẵn sàng bắt đầu chạy các công việc EDA và xây dựng thiết kế chip của họ trong vòng vài ngày sau khi đưa lên nền tảng Synopsys Cloud SaaS.

2. Thời gian đạt kết quả nhanh hơn với Tự động hóa cấp phép theo phút

Synopsys Cloud cung cấp khả năng tự động hóa quản lý giấy phép hoàn chỉnh với cấp phép FlexEDA Pay-per-Use, cho phép truy cập vào các giấy phép EDA không giới hạn ngay lập tức theo yêu cầu, theo từng phút. Khả năng này mang tính chuyển đổi đối với các kỹ sư vì nó có thể đẩy nhanh đáng kể toàn bộ vòng đời thiết kế chip. Vì các kỹ sư trả tiền cho mức sử dụng thực tế dựa trên thời lượng của công việc EDA đối với tài nguyên điện toán đám mây cũng như giấy phép phần mềm EDA, nên thời gian đưa ra kết quả nhanh hơn không chuyển thành chi phí tăng thêm cho kỹ sư.

Kết quả tương tự được thấy trên phạm vi các công cụ Synopsys EDA có sẵn thông qua mô hình trả tiền theo lần sử dụng FlexEDA cho nhiều khối lượng công việc khác nhau, bao gồm xác minh, phê duyệt, mô tả thư viện, phân tích năng lượng, v.v. Đối với xác minh được hỗ trợ bằng phần cứng, các công ty khởi nghiệp chip AI có thể tận dụng Synopsys ZeBu® Cloud để khởi động nhanh các dịch vụ mô phỏng tiền silicon.

Khả năng mô phỏng lai của nó cho phép các nhà thiết kế kết hợp các mô hình ảo với các kỹ thuật mô phỏng. Và nó tạo điều kiện cho quá trình phát triển phần mềm tiền silicon chính xác hơn bằng cách kiểm tra các tương tác giữa phần cứng và phần mềm trong môi trường mô phỏng. Khi làm như vậy, ZeBu Cloud nén quy trình xác minh và xác thực phần mềm - đẩy nhanh chu kỳ thiết kế, giảm rủi ro và cho phép độ chính xác ở quy mô lớn.

ZeBu® Cloud, một giải pháp an toàn (được chứng nhận ISO 27001 và SOC 2 Type 1), do Synopsys lưu trữ, cung cấp mô phỏng chìa khóa trao tay linh hoạt để đẩy nhanh quá trình xác minh và hồi quy RTL sớm, đưa phần mềm lên, xác thực hiệu suất, phân tích năng lượng và xác thực hệ thống cho các thiết kế chip hiện đại.

Việc thiết lập một hệ thống mô phỏng tại chỗ là một nỗ lực không hề tầm thường, tốn nhiều vốn và thời gian, và nhiều người muốn tránh những cam kết như vậy - đặc biệt là trong giai đoạn đầu của quá trình thiết kế và thử nghiệm chip. Đối với các công ty không có khả năng mô phỏng tại chỗ, đám mây cung cấp một con đường nhanh hơn để thử nghiệm xác thực mà không cần đầu tư vốn lớn, trả trước vào cơ sở hạ tầng và các nguồn lực khác.

3. Tăng cường sự tự tin của xưởng đúc

Một bước quan trọng trong quá trình phát triển chip một công ty khởi nghiệp là đảm bảo sự hỗ trợ từ các xưởng đúc để sản xuất các thiết kế cuối cùng của họ. Điều này đòi hỏi phải xác thực các mô hình kinh doanh của họ và chứng minh tính khả thi của các thiết kế của họ. Các xưởng đúc cần xác thực tính bảo mật và tuân thủ quy định của môi trường EDA trước khi họ có thể cung cấp PDK để tải lên và sử dụng cho các bản thiết kế. PDK có thể được so sánh với một bộ khối xây dựng, trong đó mỗi thành phần quang tử trong thư viện là một khối riêng biệt.

Nhà thiết kế có thể sử dụng các khối này để xây dựng nhiều loại mạch quang tử cho nhiều ứng dụng khác nhau; để giảm chi phí, nhà thiết kế sử dụng các thành phần quang tử được xác định trước, đã thử nghiệm trên nền tảng vật liệu mà họ lựa chọn. Một nhà thiết kế cũng có thể tạo ra các khối xây dựng của riêng mình, nhưng nhà thiết kế phải tuân theo các quy tắc chế tạo của xưởng đúc để có thể sử dụng một thành phần tùy chỉnh từ một xưởng đúc cụ thể. Các cuộc kiểm toán xưởng đúc có thể kéo dài thêm hàng tuần đến hàng tháng vào lịch trình phát triển của một công ty khởi nghiệp và có thể có tác động đáng kể đến thành công của công ty khởi nghiệp.

Synopsys duy trì mối quan hệ bền chặt, đáng tin cậy với các xưởng đúc hàng đầu trong ngành, bao gồm cả việc họ tham gia với tư cách là đối tác Synopsys Cloud. Ngoài ra, việc tuân thủ tiêu chuẩn bảo mật và quyền riêng tư SOC 2® Type 2 để quản lý dữ liệu chứng tỏ cam kết bảo vệ dữ liệu trên đám mây khỏi truy cập trái phép, qua đó củng cố thêm sự tự tin của xưởng đúc đối với một công ty khởi nghiệp.

Phát triển mạnh mẽ trong hệ sinh thái chip AI ngày nay

Trên thực tế, một điểm chung trong thành công của Mentium và các công ty khởi nghiệp chip AI khác là việc họ sử dụng các giải pháp phát triển chip được hỗ trợ đám mây - nhằm đẩy nhanh quá trình từ ý tưởng đến nguyên mẫu; hiện thực hóa nguyên mẫu để sản xuất. Khi một cột mốc phát triển quan trọng đang đến gần, công ty khởi nghiệp AI Mentium Technologies cần mở rộng tài nguyên tính toán và lưu trữ của mình và khắc phục những hạn chế về cấp phép EDA và ngân sách. Do không có thời gian hoặc CapEx để xây dựng thêm cơ sở hạ tầng và giấy phép bổ sung, công ty đã chuyển sang Synopsys Cloud và Microsoft Azure.

“Chúng tôi rất ngạc nhiên khi thấy khả năng của Synopsys Cloud”, Prezioso cho biết. “Chúng tôi có thể thiết lập toàn bộ môi trường CAD/IT một cách nhanh chóng và mở rộng giấy phép EDA theo từng phút cho mỗi công việc”. Được giải thoát khỏi những hạn chế về cơ sở hạ tầng tại chỗ, cấp phép theo chỗ ngồi và chi phí ban đầu thường phải trả cho cả hai, Mentium có thể thiết lập môi trường sản xuất trong vài ngày và đưa lịch trình thiết kế trở lại đúng hướng trong vài tuần.

“Chúng tôi đã có thể cung cấp tapeout (mặt nạ ảnh) đầu tiên đúng hạn và làm việc để đưa vào lịch trình cho tapeout tiếp theo”, Prezioso cho biết. “Với giao diện người dùng/trải nghiệm người dùng trực quan kết hợp với tính toán theo yêu cầu, lưu trữ và quyền truy cập trả tiền theo mức sử dụng thực sự, Synopsys Cloud cho phép chúng tôi khai thác toàn bộ tiềm năng của đám mây cho khối lượng công việc EDA để hoàn thành thiết kế nhanh hơn và với chất lượng được cải thiện”.

Với mục tiêu phát triển một bộ tăng tốc AI mới với công nghệ điện toán trong bộ nhớ (IMC) tiên tiến, TetraMem đã phải đối mặt với ba thách thức riêng biệt. Đầu tiên, thiết kế phức tạp của bộ tăng tốc đòi hỏi phải tích hợp và xác minh điện toán trong bộ nhớ tương tự và bộ xử lý RISC-V kỹ thuật số. Thứ hai, nhóm phát triển của công ty khởi nghiệp này trải rộng trên nhiều châu lục.

Và thứ ba, công ty có mục tiêu thời gian đưa sản phẩm ra thị trường rất khắt khe. Các công cụ EDA và quy trình thiết kế được cấu hình sẵn từ Synopsys Cloud cùng cơ sở hạ tầng được tối ưu hóa từ Microsoft Azure đã giúp khắc phục cả ba vấn đề trên. Wenbo Yin, Phó chủ tịch Thiết kế IC tại TetraMem cho biết: “Chúng tôi đã có thể đạt được thiết lập cơ sở hạ tầng rất nhanh trên môi trường Synopsys Cloud EDA trong vòng vài ngày. Lựa chọn rộng lớn các công cụ EDA và IP có sẵn trên đám mây cho phép chúng tôi bắt đầu thiết kế, xác minh và luồng back-end rất nhanh chóng”.

Ngoài việc cho phép triển khai nhanh chóng toàn bộ môi trường sản xuất, giải pháp dựa trên đám mây còn cải thiện đáng kể khả năng cộng tác và hiệu quả của nhóm thiết kế phân bổ toàn cầu của TetraMem. Tiến sĩ Glenn (Ning) Ge, Tổng giám đốc điều hành kiêm Đồng sáng lập TetraMem cho biết: “Synopsys Cloud đã đóng vai trò then chốt trong việc giúp chúng tôi hoàn thành sứ mệnh của mình bằng cách cung cấp quyền truy cập liền mạch vào môi trường thiết kế SoC hoàn chỉnh và bảo mật cao. Với quyền truy cập có thể mở rộng vào phần mềm EDA, luồng đầu cuối được cấu hình sẵn và các tài nguyên cơ sở hạ tầng, chúng tôi có thể tapeout nhanh chóng và hiệu quả”.

Việc mở rộng gần đây của Synopsys Cloud về năng lực và khả năng truy cập là minh chứng cho nhu cầu ngày càng tăng đối với chip AI và mong muốn đẩy nhanh chu kỳ thiết kế và đổi mới. Bằng cách đáp ứng nhu cầu đa dạng của các công ty khởi nghiệp và các công ty đã thành lập, giải pháp dựa trên đám mây mang lại nhiều lợi ích - từ việc giảm thời gian phát triển và rủi ro đến tính linh hoạt về tài chính, quản lý năng lực đỉnh cao và tuân thủ dữ liệu.

Các công ty khởi nghiệp về chip AI đang mạnh dạn thách thức các công ty lớn trong hệ sinh thái để phá vỡ các kiến trúc và chu kỳ phát triển.

Được trang bị độ tin cậy, tính linh hoạt, tốc độ và bảo mật trên đám mây, các công ty này không chỉ tồn tại trong một thị trường cạnh tranh cao mà còn phát triển mạnh mẽ.

“

Tài liệu tham khảo:
1. https://www.synopsys.com/blogs/chip-design/ai-chip-
startups-cloud-eda-tools.html#1
2. https://www.synopsys.com/blogs/chip-design/three-ai-chip-
startups-cloud-eda-tools.html
3. https://www.synopsys.com/blogs/chip-design/cloud-ai-chip-
emulation.html

(Bài viết đăng ấn phẩm in Tạp chí TT&TT số 5 tháng 5/2025)