​全球芯片荒延續(xù)的時(shí)間

可能遠(yuǎn)比想象的糟糕……

邁克爾·戴爾先生接受媒體采訪表示

“這種短缺可能會持續(xù)數(shù)年”

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一枚小小的芯片

何以撼動世界，引發(fā)焦慮？

今天就來聊聊

關(guān)于它的故事

近年來隨著智能化水平快速提高，諸多行業(yè)對芯片的需求加劇，至今已經(jīng)被人類制造出來的芯片達(dá)上千種之多，分別適用于不同的設(shè)備并負(fù)責(zé)不同的功能。

芯片背后的故事

多重因素造成了席卷全球的芯片荒。自去年新冠肺炎疫情爆發(fā)，人們待在家里的時(shí)間明顯增多，消費(fèi)電子、家用電器類產(chǎn)品需求增多，消耗了不少芯片。

同時(shí)，全球芯片供應(yīng)商巨頭所在地日本、美國分別發(fā)生海域強(qiáng)震、罕見暴雪，加劇了全球芯片供需失衡狀態(tài)。多家芯片制造相關(guān)企業(yè)局部運(yùn)轉(zhuǎn)受阻、宣布暫時(shí)停產(chǎn)。

這次芯片荒之所以引起熱議，還因?yàn)椴⒎菃我环N類的芯片缺貨，而是消費(fèi)電子、工業(yè)等各領(lǐng)域各類型芯片的全方面缺貨。

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在信息時(shí)代，芯片廣泛用于各種電子產(chǎn)品和系統(tǒng)，是高端制造業(yè)的核心基石。雖然只有指甲蓋大小，芯片卻內(nèi)有乾坤，能裝下上千萬甚至過億的晶體管，代表著目前人類制造最精密的工藝，因而其設(shè)計(jì)制造也具有很高的技術(shù)門檻。

我們先來了解一下芯片“誕生記”。一般說來，芯片制造大致可分為三步，從上游的IC芯片設(shè)計(jì)，到中游的芯片制造，再到下游的封裝測試。

芯片設(shè)計(jì)作為芯片產(chǎn)業(yè)鏈上游，是整個(gè)芯片制造流程中最難、也是最具創(chuàng)新的重要環(huán)節(jié)，具有高投入、高風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)。它分為前端設(shè)計(jì)（也稱邏輯設(shè)計(jì)）和后端設(shè)計(jì)（也稱物理設(shè)計(jì)）：

前端設(shè)計(jì)

根據(jù)芯片規(guī)格書完成芯片的邏輯和集成，使用仿真驗(yàn)證工具完成SOC的設(shè)計(jì)驗(yàn)證。該階段有大量的小文件生成，對隨機(jī)IOPS要求很高，并要求目錄深度。

后端設(shè)計(jì)

根據(jù)前端設(shè)計(jì)產(chǎn)生的門級網(wǎng)表，通過EDA工具進(jìn)行布局布線和物理驗(yàn)證。該階段會生成很多大文件，對順序IO性能和存儲帶寬有比較高的需求。

在設(shè)計(jì)階段，工程師用硬件描述語言(HDL)完成設(shè)計(jì)文件，隨后由計(jì)算機(jī)自動完成電路邏輯的編譯、化簡、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對特定目標(biāo)芯片的適配編譯和邏輯映射等工作。芯片的用途、規(guī)格、特性、制成工藝，全部是在這個(gè)階段完成的規(guī)范和設(shè)計(jì)。

隨著設(shè)計(jì)規(guī)模和復(fù)雜性不斷增加，包含芯片設(shè)計(jì)在內(nèi)的各種半導(dǎo)體設(shè)計(jì)工具需要在成千上萬的高性能服務(wù)器上同時(shí)訪問數(shù)百萬個(gè)文件。由于芯片設(shè)計(jì)極其復(fù)雜，并且投入巨大，半導(dǎo)體公司非常重視該階段的技術(shù)工藝及基礎(chǔ)架構(gòu)革新。

如同其它非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，半導(dǎo)體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)也在成倍地增長。每過渡到一個(gè)新的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，對半導(dǎo)體行業(yè)的數(shù)據(jù)存儲容量和性能要求都會增加一倍以上。而在這種指數(shù)級的數(shù)據(jù)增長和半導(dǎo)體設(shè)計(jì)需求變化中，半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)工作在存儲架構(gòu)方面面臨著諸多瓶頸：

影響性能

傳統(tǒng)的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)存儲架構(gòu)需要在存儲組件之間進(jìn)行手動數(shù)據(jù)遷移，以平衡半導(dǎo)體設(shè)計(jì)應(yīng)用的性能。以往都是限制每個(gè)控制器頭的容量，以確保滿足性能要求，但這會給控制器附加太多的容量使其處于飽和狀態(tài)，這種情況隨著容量增加而性能無法提高變得更糟。

磁盤空間利用效率低下

存儲孤島之間的容量利用不均衡導(dǎo)致一些存儲卷沒有得到充分利用，而另一些存儲卷則被超額占用，其結(jié)果是有太多的存儲卷需要管理。人工手動管理各個(gè)存儲卷的數(shù)據(jù)和遷移數(shù)據(jù)以使其均勻分布，不僅破壞了性能，而且加重了運(yùn)營負(fù)擔(dān)。

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多個(gè)管理點(diǎn)導(dǎo)致成本增加

傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)擁有多個(gè)管理點(diǎn)。每個(gè)存檔者都需要單獨(dú)管理，備份和復(fù)制也變得越來越復(fù)雜。這些都增加了總擁有成本和運(yùn)營成本。缺乏集中管理還使半導(dǎo)體公司處于戰(zhàn)略劣勢，削弱了他們擴(kuò)展存儲的能力。

此外，考慮到大量的文件和目錄，以及隨著時(shí)間的推移，設(shè)計(jì)文件的規(guī)模越來越大，并需要進(jìn)行驗(yàn)證測試，存儲系統(tǒng)必須使文件管理變得簡單，同時(shí)提供無縫、高性能的訪問。

為了改變已經(jīng)不適應(yīng)目前半導(dǎo)體設(shè)計(jì)需求的傳統(tǒng)存儲架構(gòu)，同時(shí)應(yīng)對不斷增加的吞吐量和IOPs需求，高性能存儲解決方案成為解決問題的關(guān)鍵。

為“芯芯向榮”注入創(chuàng)新力

據(jù)IDC預(yù)測，今年半導(dǎo)體市場收入將達(dá)到5220億美元，消費(fèi)類、計(jì)算、5G和汽車半導(dǎo)體需求將繼續(xù)強(qiáng)勁增長。半導(dǎo)體市場迎來了繁榮，許多相關(guān)企業(yè)乘勢而起。

為了推動半導(dǎo)體行業(yè)更好地發(fā)展，戴爾科技以創(chuàng)新型橫向擴(kuò)展存儲解決方案，為半導(dǎo)體設(shè)計(jì)提供高性能和存儲優(yōu)化。作為網(wǎng)絡(luò)連接存儲（NAS）平臺，戴爾易安信PowerScale將半導(dǎo)體公司各部門、項(xiàng)目、團(tuán)隊(duì)和整個(gè)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)工作流程整合到一個(gè)統(tǒng)一的存儲解決方案中，簡化工作流程，加快產(chǎn)品上市時(shí)間。

*PowerScale由英特爾®至強(qiáng)®處理器提供支持，該處理器采用軟件定義的基礎(chǔ)設(shè)施和敏捷云架構(gòu)，為PowerScale提供了卓越的性能和效率，可加速要求嚴(yán)苛的文件工作負(fù)載，使企業(yè)發(fā)揮數(shù)據(jù)資本的價(jià)值，加速業(yè)務(wù)的數(shù)字轉(zhuǎn)型。

值得注意的是，PowerScale OneFS操作系統(tǒng)將各節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存、I/O、CPU和磁盤結(jié)合成一個(gè)有凝聚力的存儲單元，并且OneFS存儲管理的復(fù)雜性不會隨容量的增加而增加。

總體說來，半導(dǎo)體設(shè)計(jì)選擇PowerScale可以在以下五個(gè)方面帶來顯著改善：

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提升存儲效率

一個(gè)PowerScale集群可同時(shí)用于各種工作負(fù)載，包括設(shè)計(jì)目錄服務(wù)、文件共享，以及為半導(dǎo)體領(lǐng)域大規(guī)模并行、計(jì)算密集型批處理工作，提供瞬時(shí)抓取數(shù)據(jù)。半導(dǎo)體公司還可以使用SmartPools自動將特定工作負(fù)載分配到更經(jīng)濟(jì)高效的存儲層。

此外，在線數(shù)據(jù)壓縮和在線重復(fù)數(shù)據(jù)刪除功能，也增加了有效存儲容量，同時(shí)降低存儲成本。PowerScale的平均磁盤利用率超過80%，可以說是目前半導(dǎo)體行業(yè)市場上最高效、最具成本效益的存儲解決方案之一。

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更高的性能

與傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)只能縱向擴(kuò)展相比，PowerScale能夠使系統(tǒng)橫向擴(kuò)展，借助PowerScale容量和性能線性增長的特性，就可以將單個(gè)節(jié)點(diǎn)的性能增加到PB級。該全閃存陣列可以說是IOPS密集型半導(dǎo)體工作負(fù)載的理想選擇，能夠?yàn)檫壿嬀C合、門級仿真、功能驗(yàn)證和軟件構(gòu)建提供強(qiáng)力支持。

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大規(guī)模的可擴(kuò)展性

PowerScale借助OneFS強(qiáng)大的橫向擴(kuò)展體系結(jié)構(gòu)能力，可以讓半導(dǎo)體公司根據(jù)需要共享、歸檔文件，動態(tài)配置所需的恰當(dāng)?shù)娜萘亢托阅?/strong>，而無需過度配置存儲或進(jìn)行推倒重來式的升級。同時(shí)簡化了管理、備份和災(zāi)難恢復(fù)操作。