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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(lèi)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(guó)分別發(fā)生海域強(qiáng)震、罕見(jiàn)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(lèi)的芯片缺貨，而是消費(fèi)電子、工業(yè)等各領(lǐng)域各類(lèi)型芯片的全方面缺貨。

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(wàn)甚至過(guò)億的晶體管，代表著目前人類(lèi)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(mén)檻。

一般說(shuō)來(lái)，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(cè)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(chēng)邏輯設(shè)計(jì)）和后端設(shè)計(jì)（也稱(chēng)物理設(shè)計(jì)）：

前端設(shè)計(jì)

根據(jù)芯片規(guī)格書(shū)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(duì)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(mén)級(jí)網(wǎng)表，通過(guò)EDA工具進(jìn)行布局布線(xiàn)和物理驗(yàn)證。該階段會(huì)生成很多大文件，對(duì)順序IO性能和存儲(chǔ)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(yǔ)言(HDL)完成設(shè)計(jì)文件，隨后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成電路邏輯的編譯、化簡(jiǎn)、優(yōu)化、布局、布線(xiàn)和仿真，直至對(duì)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(wàn)的高性能服務(wù)器上同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)百萬(wàn)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(zhǎng)。每過(guò)渡到一個(gè)新的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和性能要求都會(huì)增加一倍以上。而在這種指數(shù)級(jí)的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)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(chǔ)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(chǔ)架構(gòu)需要在存儲(chǔ)組件之間進(jìn)行手動(dòng)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(mǎn)足性能要求，但這會(huì)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(wú)法提高變得更糟。

磁盤(pán)空間利用效率低下

存儲(chǔ)孤島之間的容量利用不均衡導(dǎo)致一些存儲(chǔ)卷沒(méi)有得到充分利用，而另一些存儲(chǔ)卷則被超額占用，其結(jié)果是有太多的存儲(chǔ)卷需要管理。人工手動(dòng)管理各個(gè)存儲(chǔ)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(yíng)負(fù)擔(dān)。

多個(gè)管理點(diǎn)導(dǎo)致成本增加

傳統(tǒng)的存儲(chǔ)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(lái)越復(fù)雜。這些都增加了總擁有成本和運(yùn)營(yíng)成本。缺乏集中管理還使半導(dǎo)體公司處于戰(zhàn)略劣勢(shì)，削弱了他們擴(kuò)展存儲(chǔ)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(lái)越大，并需要進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試，存儲(chǔ)系統(tǒng)必須使文件管理變得簡(jiǎn)單，同時(shí)提供無(wú)縫、高性能的訪(fǎng)問(wèn)。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(chǔ)架構(gòu)，同時(shí)應(yīng)對(duì)不斷增加的吞吐量和IOPs需求，高性能存儲(chǔ)解決方案成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

為“芯芯向榮”注入創(chuàng)新力

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

為了推動(dòng)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(chǔ)解決方案，為半導(dǎo)體設(shè)計(jì)提供高性能和存儲(chǔ)優(yōu)化。作為網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)（NAS）平臺(tái)，戴爾易安信PowerScale將半導(dǎo)體公司各部門(mén)、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(chǔ)解決方案中，簡(jiǎn)化工作流程，加快產(chǎn)品上市時(shí)間。

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(pán)結(jié)合成一個(gè)有凝聚力的存儲(chǔ)單元，并且OneFS存儲(chǔ)管理的復(fù)雜性不會(huì)隨容量的增加而增加。