2021/05/13

戴尔科技创新型横向扩展存储解决方案，为半导体设计提供高性能和存储优化

戴尔官方企采中心

近年来随着智能化水平快速提高，诸多行业对芯片的需求加剧，至今已经被人类制造出来的芯片达上千种之多，分别适用于不同的设备并负责不同的功能。

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发，人们待在家里的时间明显增多，消费电子、家用电器类产品需求增多，消耗了不少芯片。

同时，全球芯片供应商巨头所在地日本、美国分别发生海域强震、罕见暴雪，加剧了全球芯片供需失衡状态。多家芯片制造相关企业局部运转受阻、宣布暂时停产。

这次芯片荒之所以引起热议，还因为并非单一种类的芯片缺货，而是消费电子、工业等各领域各类型芯片的全方面缺货。

在信息时代，芯片广泛用于各种电子产品和系统，是高端制造业的核心基石。虽然只有指甲盖大小，芯片却内有乾坤，能装下上千万甚至过亿的晶体管，代表着目前人类制造最精密的工艺，因而其设计制造也具有很高的技术门槛。

我们先来了解一下芯片“诞生记”。一般说来，芯片制造大致可分为三步，从上游的IC芯片设计，到中游的芯片制造，再到下游的封装测试。

芯片设计作为芯片产业链上游，是整个芯片制造流程中最难、也是最具创新的重要环节，具有高投入、高风险特点。它分为前端设计（也称逻辑设计）和后端设计（也称物理设计）：

前端设计

根据芯片规格书完成芯片的逻辑和集成，使用仿真验证工具完成SOC的设计验证。该阶段有大量的小文件生成，对随机IOPS要求很高，并要求目录深度。

后端设计

根据前端设计产生的门级网表，通过EDA工具进行布局布线和物理验证。该阶段会生成很多大文件，对顺序IO性能和存储带宽有比较高的需求。

在设计阶段，工程师用硬件描述语言(HDL)完成设计文件，随后由计算机自动完成电路逻辑的编译、化简、优化、布局、布线和仿真，直至对特定目标芯片的适配编译和逻辑映射等工作。芯片的用途、规格、特性、制成工艺，全部是在这个阶段完成的规范和设计。

随着设计规模和复杂性不断增加，包含芯片设计在内的各种半导体设计工具需要在成千上万的高性能服务器上同时访问数百万个文件。由于芯片设计极其复杂，并且投入巨大，半导体公司非常重视该阶段的技术工艺及基础架构革新。

如同其它非结构化数据，半导体设计数据也在成倍地增长。每过渡到一个新的技术节点，对半导体行业的数据存储容量和性能要求都会增加一倍以上。而在这种指数级的数据增长和半导体设计需求变化中，半导体公司设计工作在存储架构方面面临着诸多瓶颈：

影响性能

传统的半导体设计存储架构需要在存储组件之间进行手动数据迁移，以平衡半导体设计应用的性能。以往都是限制每个控制器头的容量，以确保满足性能要求，但这会给控制器附加太多的容量使其处于饱和状态，这种情况随着容量增加而性能无法提高变得更糟。

磁盘空间利用效率低下

存储孤岛之间的容量利用不均衡导致一些存储卷没有得到充分利用，而另一些存储卷则被超额占用，其结果是有太多的存储卷需要管理。人工手动管理各个存储卷的数据和迁移数据以使其均匀分布，不仅破坏了性能，而且加重了运营负担。

多个管理点导致成本增加

传统的存储系统拥有多个管理点。每个存档者都需要单独管理，备份和复制也变得越来越复杂。这些都增加了总拥有成本和运营成本。缺乏集中管理还使半导体公司处于战略劣势，削弱了他们扩展存储的能力。

此外，考虑到大量的文件和目录，以及随着时间的推移，设计文件的规模越来越大，并需要进行验证测试，存储系统必须使文件管理变得简单，同时提供无缝、高性能的访问。

为了改变已经不适应目前半导体设计需求的传统存储架构，同时应对不断增加的吞吐量和IOPs需求，高性能存储解决方案成为解决问题的关键。

为“芯芯向荣”注入创新力

据IDC预测，今年半导体市场收入将达到5220亿美元，消费类、计算、5G和汽车半导体需求将继续强劲增长。半导体市场迎来了繁荣，许多相关企业乘势而起。

为了推动半导体行业更好地发展，戴尔科技以创新型横向扩展存储解决方案，为半导体设计提供高性能和存储优化。作为网络连接存储（NAS）平台，戴尔易安信PowerScale将半导体公司各部门、项目、团队和整个半导体设计工作流程整合到一个统一的存储解决方案中，简化工作流程，加快产品上市时间。

*PowerScale由英特尔®至强®处理器提供支持，该处理器采用软件定义的基础设施和敏捷云架构，为PowerScale提供了卓越的性能和效率，可加速要求严苛的文件工作负载，使企业发挥数据资本的价值，加速业务的数字转型。

值得注意的是，PowerScale OneFS操作系统将各节点的内存、I/O、CPU和磁盘结合成一个有凝聚力的存储单元，并且OneFS存储管理的复杂性不会随容量的增加而增加。

总体说来，半导体设计选择PowerScale可以在以下五个方面带来显著改善：

提升存储效率

一个PowerScale集群可同时用于各种工作负载，包括设计目录服务、文件共享，以及为半导体领域大规模并行、计算密集型批处理工作，提供瞬时抓取数据。半导体公司还可以使用SmartPools自动将特定工作负载分配到更经济高效的存储层。

此外，在线数据压缩和在线重复数据删除功能，也增加了有效存储容量，同时降低存储成本。PowerScale的平均磁盘利用率超过80%，可以说是目前半导体行业市场上最高效、最具成本效益的存储解决方案之一。

更高的性能

与传统的存储系统只能纵向扩展相比，PowerScale能够使系统横向扩展，借助PowerScale容量和性能线性增长的特性，就可以将单个节点的性能增加到PB级。该全闪存阵列可以说是IOPS密集型半导体工作负载的理想选择，能够为逻辑综合、门级仿真、功能验证和软件构建提供强力支持。

大规模的可扩展性

PowerScale借助OneFS强大的横向扩展体系结构能力，可以让半导体公司根据需要共享、归档文件，动态配置所需的恰当的容量和性能，而无需过度配置存储或进行推倒重来式的升级。同时简化了管理、备份和灾难恢复操作。

易于使用和管理

对于半导体等行业客户来说，PowerScale中的DataIQ能够帮助他们更好地对已经拥有的数据采取行动和提取价值。它能发现跨越文件、非结构化存储的所有数据，并在公有云中创建全局搜索和索引，允许企业通过一个单一管理平台直观查看所有非结构化数据，有效打破数据孤岛。

支持多云

PowerScale for Multi-cloud可以作为托管服务与所有主要的公有云直接连接，这对于正在寻求利用云功能的半导体公司来讲是理想选择。并且，OneFS for Google Cloud可以提供高达46倍的最大读取吞吐量和高达96倍的最大写入吞吐量。这为Google Cloud用户提供了更好的云原生服务。