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

　　對經(jīng)常跑EDA或其他算力密集型任務(wù)的用戶來說,，在深度掌握本行業(yè)業(yè)務(wù)知識及熟練運(yùn)用常見EDA工具以外，通常還需要在技能樹上點(diǎn)上一門技能——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技能升級打怪之旅一般分為三個階段：

　　第一階段：單機(jī)單CPU核，單任務(wù)

　　第二階段：單機(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，很多用戶都已經(jīng)處在第二階段,。

　　但是,，依然有部分用戶尚處在第一階段，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,。

　　用戶需求

　　某IC設(shè)計公司運(yùn)行EDA仿真前端設(shè)計和后端設(shè)計的分析任務(wù),，進(jìn)行機(jī)電一體芯片技術(shù)的開發(fā)。現(xiàn)有機(jī)房設(shè)備較為老舊,，共有8臺單機(jī),，需要同時服務(wù)數(shù)字和模擬兩個研發(fā)部門。

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

　　實(shí)證目標(biāo)

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

　　2、fastone平臺是否能有效提升本地機(jī)器資源利用率,？

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

　　實(shí)證參數(shù)

　　平臺：

　　fastone企業(yè)版產(chǎn)品

　　應(yīng)用：

　　Synopsys VCS

　　適用場景：

　　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

　　我們先來看看用戶自己跑20000個任務(wù)和我們來跑的效果：

　　大規(guī)模任務(wù)驗(yàn)證 20000個任務(wù)

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

　　實(shí)證過程：

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

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

　　用戶按常理推斷,，本地機(jī)房共有8臺單機(jī),，將所有機(jī)器一起來運(yùn)行大規(guī)模VCS任務(wù)的時間大概應(yīng)該是使用一臺機(jī)器機(jī)耗時的6-7倍（理想值為8倍，但由于存在長尾任務(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,？

　　回到我們開頭說的三個階段——

　　第一階段：單機(jī)單CPU核,，單任務(wù)

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

　　再細(xì)一點(diǎn)，這里其實(shí)還有個1.5階段：單機(jī)多CPU核,，單任務(wù),。效果類似。

　　假設(shè)給你幾個人（CPU核）,，完成一個叫做“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：

　　不管你有幾個人，同一時間永遠(yuǎn)只有1個人在搬整張桌子,，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個零部件,，分給4個人來同時搬,，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個人，一次也只有4個人在搬,。

　　搬完一張桌子再搬下一張，依次往復(fù),。

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

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

　　第二階段：單機(jī)多CPU核,，多任務(wù)

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

　　我們繼續(xù)講“搬桌子”。

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

　　這就很不合理了。

　　于是我們在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了一下,。

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

　　但是，單臺機(jī)器的總CPU核數(shù)就是上限了,。

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

　　因?yàn)橘Y源使用的不透明和缺乏有序管理,，會出現(xiàn)不同人對同一資源的爭搶,，任務(wù)排隊(duì)等現(xiàn)象。同時，你會發(fā)現(xiàn)資源利用率還是不高,。

　　不少用戶已經(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個任務(wù)

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

　　實(shí)證過程：

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

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

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

　　4,、對VCS應(yīng)用進(jìn)行多任務(wù)并行化處理后,，使用一臺單機(jī)C2（8核）運(yùn)行400個VCS任務(wù)，耗時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，就是多個任務(wù)能同時在數(shù)臺機(jī)器的數(shù)個CPU上跑,，這個我們稱之為集群化管理,，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,，看這里：億萬打工人的夢：16萬個CPU隨你用

　　前面講到我們已經(jīng)可以同時安排搬兩張桌子啦,。

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

　　這個時候,，必然要面臨一個如何調(diào)兵遣將的問題,。

　　這么多機(jī)器，這么多任務(wù),，怎么順利一一配置,、啟動、關(guān)閉,，提高整體資源利用率,，最好還能自動化管理等等,。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對接2800萬個分子》中,，我們最多調(diào)用了10萬核CPU資源對整個VS數(shù)據(jù)庫進(jìn)行虛擬篩選,。

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

　　而且云上資源跟本地不同,，往往是個動態(tài)使用的過程，有時候甚至要搶,。

　　更不用說還要考慮不同用戶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個任務(wù)

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

　　實(shí)證過程：

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

　　2、使用一臺單機(jī)C2（8核）運(yùn)行400個VCS任務(wù),，耗時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VCS任務(wù),，耗時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幫助用戶實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用并行化，可以充分使用一臺單機(jī)上的全部CPU資源,，確保了最大的計算效率,。

　　資源集群化：從單機(jī)到集群

　　fastone幫助用戶實(shí)現(xiàn)了集群化管理，讓多臺機(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)模自動化：從400個任務(wù)到20000個任務(wù)

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

　　fastone幫助用戶充分驗(yàn)證了20000個VCS任務(wù)場景下,，能夠自動化規(guī)?；卣{(diào)度資源高效完成任務(wù)，滿足用戶需求。

　　到現(xiàn)在為止,，我們成功幫助用戶從單機(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)自動化集群化運(yùn)行階段,。

　　萬事俱備，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，如何讓HSPICE仿真效率提升42倍,？》

　　《國內(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。

　　請保持關(guān)注哦,！