新思科技（Synopsys）家的VCS，在半導(dǎo)體行業(yè)使用率極高，背景我們就不多說(shuō)了。

　　對(duì)經(jīng)常跑EDA或其他算力密集型任務(wù)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，在深度掌握本行業(yè)業(yè)務(wù)知識(shí)及熟練運(yùn)用常見(jiàn)EDA工具以外，通常還需要在技能樹(shù)上點(diǎn)上一門(mén)技能——IT，就是怎么（順利）使用機(jī)器把手里的任務(wù)給（高效）跑完。

　　他們的IT技能升級(jí)打怪之旅一般分為三個(gè)階段：

　　第一階段：?jiǎn)螜C(jī)單CPU核，單任務(wù)

　　第二階段：?jiǎn)螜C(jī)多CPU核，多任務(wù)

　　第三階段：多機(jī)多CPU核，多任務(wù)

　　據(jù)我們觀察，很多用戶(hù)都已經(jīng)處在第二階段。

　　但是，依然有部分用戶(hù)尚處在第一階段，比如我們今天的實(shí)證主角。

　　我們之前的六篇實(shí)證都直接一步到位——上云后。

　　HSPICE │ Bladed │ Vina │ OPC │ Fluent │ Amber

　　今天我們看看上云前的幕后系列，又名：搬桌子的故事。

　　用戶(hù)需求

　　某IC設(shè)計(jì)公司運(yùn)行EDA仿真前端設(shè)計(jì)和后端設(shè)計(jì)的分析任務(wù)，進(jìn)行機(jī)電一體芯片技術(shù)的開(kāi)發(fā)。現(xiàn)有機(jī)房設(shè)備較為老舊，共有8臺(tái)單機(jī)，需要同時(shí)服務(wù)數(shù)字和模擬兩個(gè)研發(fā)部門(mén)。

　　隨著公司業(yè)務(wù)的發(fā)展，相關(guān)部門(mén)負(fù)責(zé)人幾乎同時(shí)反饋業(yè)務(wù)峰值時(shí)計(jì)算資源嚴(yán)重不足，排隊(duì)現(xiàn)象嚴(yán)重。

　　實(shí)證目標(biāo)

　　1、fastone平臺(tái)是否能有效提升VCS任務(wù)運(yùn)行效率？

　　2、fastone平臺(tái)是否能有效提升本地機(jī)器資源利用率？

　　3、fastone平臺(tái)是否支持大規(guī)模VCS任務(wù)自動(dòng)化穩(wěn)定運(yùn)行？

　　實(shí)證參數(shù)

　　平臺(tái)：

　　fastone企業(yè)版產(chǎn)品

　　應(yīng)用：

　　Synopsys VCS

　　適用場(chǎng)景：

　　數(shù)模混合電路仿真

　　系統(tǒng)：

　　Red Hat Enterprise release 5.7（Tikanga）

　　實(shí)證結(jié)果

　　我們先來(lái)看看用戶(hù)自己跑20000個(gè)任務(wù)和我們來(lái)跑的效果：

　　大規(guī)模任務(wù)驗(yàn)證 20000個(gè)任務(wù)

　　我們將本地機(jī)房的8臺(tái)單機(jī)構(gòu)建為一個(gè)統(tǒng)一管理的集群，運(yùn)行20000個(gè)VCS任務(wù)的時(shí)間是用戶(hù)自己所需時(shí)間的約1/50。

　　實(shí)證過(guò)程：

　　1、用戶(hù)使用一臺(tái)單機(jī)C1運(yùn)行20000個(gè)VCS任務(wù)，耗時(shí)40485分鐘；

　　2、將本地機(jī)房的所有8臺(tái)單機(jī)構(gòu)建為集群A，使用集群A運(yùn)行20000個(gè)VCS任務(wù)，耗時(shí)809分鐘。

　　用戶(hù)按常理推斷，本地機(jī)房共有8臺(tái)單機(jī)，將所有機(jī)器一起來(lái)運(yùn)行大規(guī)模VCS任務(wù)的時(shí)間大概應(yīng)該是使用一臺(tái)機(jī)器機(jī)耗時(shí)的6-7倍（理想值為8倍，但由于存在長(zhǎng)尾任務(wù)，存在一定差異）。

　　但實(shí)證中50倍的提升大大超出了他們的預(yù)期。

　　中間發(fā)生了什么？

　　回到我們開(kāi)頭說(shuō)的三個(gè)階段——

　　第一階段：?jiǎn)螜C(jī)單CPU核，單任務(wù)

　　單任務(wù)狀態(tài)下的單機(jī)單核，就是一個(gè)任務(wù)只在一臺(tái)機(jī)器上的一個(gè)CPU上跑。不管這臺(tái)機(jī)器其實(shí)有幾個(gè)CPU，反正就只用一個(gè)。資源利用率極其低下，可以說(shuō)是暴殄天物。

　　再細(xì)一點(diǎn)，這里其實(shí)還有個(gè)1.5階段：?jiǎn)螜C(jī)多CPU核，單任務(wù)。效果類(lèi)似。

　　假設(shè)給你幾個(gè)人（CPU核），完成一個(gè)叫做“搬桌子”的任務(wù)。

　　單任務(wù)的處理方式分為單進(jìn)程和多進(jìn)程：

　　單進(jìn)程的處理方式是：

　　不管你有幾個(gè)人，同一時(shí)間永遠(yuǎn)只有1個(gè)人在搬整張桌子，其他人在圍觀。

　　多進(jìn)程的處理方式是：

　　先拆桌子。比如把一張桌子拆成4個(gè)零部件，分給4個(gè)人來(lái)同時(shí)搬，有的搬桌子腿，有的搬桌面等等，搬得最慢的人決定任務(wù)的完成速度。

　　但是，哪怕你有8個(gè)人，一次也只有4個(gè)人在搬。

　　搬完一張桌子再搬下一張，依次往復(fù)。

　　補(bǔ)充一個(gè)背景信息：2009年4月，新思科技就發(fā)布了VCS的多核技術(shù)，通過(guò)將耗時(shí)的計(jì)算處理動(dòng)態(tài)地分配至多個(gè)CPU內(nèi)核來(lái)突破芯片驗(yàn)證的瓶頸，從而提高驗(yàn)證的速度。

　　也就是說(shuō)，應(yīng)用十多年前就支持單任務(wù)多進(jìn)程了，現(xiàn)在這個(gè)技術(shù)的名字叫Fine-Grained Parallelism，F(xiàn)GP。

　　第二階段：?jiǎn)螜C(jī)多CPU核，多任務(wù)

　　多任務(wù)狀態(tài)下的單機(jī)多核，就是多個(gè)任務(wù)能同時(shí)在一臺(tái)機(jī)器上的數(shù)個(gè)CPU上跑，受制于單臺(tái)機(jī)器的最大核數(shù)，目前最多也就96個(gè)核了。

　　我們繼續(xù)講“搬桌子”。

　　上一階段的多進(jìn)程處理方式，存在一個(gè)明顯的問(wèn)題。哪怕你有8個(gè)人，一次也只有4個(gè)人在搬。搬完一張桌子再搬下一張。

　　這就很不合理了。

　　于是我們?cè)诖嘶A(chǔ)上改進(jìn)了一下。

　　在你有8個(gè)人的情況下，一張桌子4個(gè)人搬，我們可以同時(shí)搬兩張桌子啦。這樣可以明顯加快任務(wù)的完成速度。

　　但是，單臺(tái)機(jī)器的總CPU核數(shù)就是上限了。

　　當(dāng)然這一階段還是會(huì)存在一些問(wèn)題，會(huì)出現(xiàn)有人突然跳出來(lái)跟你搶人或者你也搞不清楚哪些人現(xiàn)在有空來(lái)幫你。

　　因?yàn)橘Y源使用的不透明和缺乏有序管理，會(huì)出現(xiàn)不同人對(duì)同一資源的爭(zhēng)搶?zhuān)蝿?wù)排隊(duì)等現(xiàn)象。同時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)資源利用率還是不高。

　　不少用戶(hù)已經(jīng)處在這一階段。

　　我們看看從第一階段到第二階段的實(shí)際VCS驗(yàn)證效果：

　　應(yīng)用并行化驗(yàn)證

　　400個(gè)任務(wù)

　　對(duì)VCS進(jìn)行多任務(wù)并行化處理后，一臺(tái)單機(jī)運(yùn)行相同VCS任務(wù)的時(shí)間縮短為原先的15%-16%，極大提升了運(yùn)行效率。

　　實(shí)證過(guò)程：

　　1、使用一臺(tái)單機(jī)C1（8核）運(yùn)行400個(gè)VCS任務(wù)，耗時(shí)806分鐘；

　　2、使用一臺(tái)單機(jī)C2（8核）運(yùn)行400個(gè)VCS任務(wù)，耗時(shí)793分鐘；

　　3、對(duì)VCS應(yīng)用進(jìn)行多任務(wù)并行化處理后，使用一臺(tái)單機(jī)C1（8核）運(yùn)行400個(gè)VCS任務(wù)，耗時(shí)130分鐘；

　　4、對(duì)VCS應(yīng)用進(jìn)行多任務(wù)并行化處理后，使用一臺(tái)單機(jī)C2（8核）運(yùn)行400個(gè)VCS任務(wù)，耗時(shí)122分鐘。

　　第三階段：多機(jī)多CPU核，多任務(wù)

　　多任務(wù)狀態(tài)下的多機(jī)多核，就是多個(gè)任務(wù)能同時(shí)在數(shù)臺(tái)機(jī)器的數(shù)個(gè)CPU上跑，這個(gè)我們稱(chēng)之為集群化管理，一般都需要有調(diào)度器的參與。

　　關(guān)于調(diào)度器的相關(guān)知識(shí)，看這里：億萬(wàn)打工人的夢(mèng)：16萬(wàn)個(gè)CPU隨你用

　　前面講到我們已經(jīng)可以同時(shí)安排搬兩張桌子啦。

　　但其實(shí)，如果你的機(jī)器足夠多，人（CPU核）足夠多，你完全可以同時(shí)搬更多的桌子。

　　這個(gè)時(shí)候，必然要面臨一個(gè)如何調(diào)兵遣將的問(wèn)題。

　　這么多機(jī)器，這么多任務(wù)，怎么順利一一配置、啟動(dòng)、關(guān)閉，提高整體資源利用率，最好還能自動(dòng)化管理等等。這就需要一點(diǎn)技術(shù)了。

　　至于云上資源的大規(guī)模動(dòng)態(tài)化調(diào)度和管理，要更加高階一點(diǎn)。

　　在《生信云實(shí)證Vol.3：提速2920倍！用AutoDockVina對(duì)接2800萬(wàn)個(gè)分子》中，我們最多調(diào)用了10萬(wàn)核CPU資源對(duì)整個(gè)VS數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行虛擬篩選。

　　當(dāng)集群達(dá)到如此規(guī)模之后，手動(dòng)管理是不可想象的。

　　而且云上資源跟本地不同，往往是個(gè)動(dòng)態(tài)使用的過(guò)程，有時(shí)候甚至要搶。

　　更不用說(shuō)還要考慮不同用戶(hù)在不同階段的策略和需求。

　　我們看看從第二階段到第三階段的實(shí)際VCS驗(yàn)證效果：

　　集群化驗(yàn)證

　　400個(gè)任務(wù)

　　由2臺(tái)單機(jī)構(gòu)建的集群運(yùn)行相同VCS任務(wù)的時(shí)間為單機(jī)的約60%，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化資源管理。

　　實(shí)證過(guò)程：

　　1、使用一臺(tái)單機(jī)C1（8核）運(yùn)行400個(gè)VCS任務(wù)，耗時(shí)130分鐘；

　　2、使用一臺(tái)單機(jī)C2（8核）運(yùn)行400個(gè)VCS任務(wù)，耗時(shí)122分鐘；

　　3、將C1和C2構(gòu)建為集群B，使用集群B運(yùn)行400個(gè)VCS任務(wù)，耗時(shí)75分鐘。

　　最后，我們回顧一下，我們到底做了哪些事：

　　應(yīng)用并行化：從單任務(wù)到多任務(wù)

　　fastone幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用并行化，可以充分使用一臺(tái)單機(jī)上的全部CPU資源，確保了最大的計(jì)算效率。

　　資源集群化：從單機(jī)到集群

　　fastone幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)了集群化管理，讓多臺(tái)機(jī)器能夠并行化運(yùn)行VCS任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、應(yīng)用、資源的統(tǒng)一化管理。

　　規(guī)模自動(dòng)化：從400個(gè)任務(wù)到20000個(gè)任務(wù)

　　用戶(hù)希望在面臨大規(guī)模VCS任務(wù)時(shí)，上述方案的穩(wěn)定性能夠得到充分驗(yàn)證。

　　fastone幫助用戶(hù)充分驗(yàn)證了20000個(gè)VCS任務(wù)場(chǎng)景下，能夠自動(dòng)化規(guī)模化地調(diào)度資源高效完成任務(wù)，滿(mǎn)足用戶(hù)需求。

　　到現(xiàn)在為止，我們成功幫助用戶(hù)從單機(jī)單任務(wù)單進(jìn)程運(yùn)行的階段大幅度跨越到了大規(guī)模任務(wù)自動(dòng)化集群化運(yùn)行階段。

　　萬(wàn)事俱備，下一步，上云。

　　我們的前兩篇EDA云實(shí)證可以了解一下：

　　《從30天到17小時(shí)，如何讓HSPICE仿真效率提升42倍？》

　　《國(guó)內(nèi)最大規(guī)模OPC上云，5000核并行，效率提升53倍》

　　本次EDA行業(yè)云實(shí)證系列Vol.7就到這里了。

　　下一期的EDA云實(shí)證，我們聊Virtuoso。

　　請(qǐng)保持關(guān)注哦！