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半導體業邁向工業4.0 破除資安迷信最關鍵

文‧黃繼寬 發布日期:2019/01/30 關鍵字:公有雲微軟台積電新思益華

相較於絕大多數製造業還在建置工業物聯網,半導體產業早已完成廠務、機台設備的聯網,走到大數據分析跟機器學習的階段。因此,相較於其他製造業的智慧製造,多半還停留在硬體投資階段,半導體產業目前所面臨的智慧製造課題,主要來自於軟體跟服務領域。

為了加快晶片設計、製程研發的速度,半導體業者需要更強大的運算資源。藉由機器學習分析機台狀態,讓歲修維護排程更合理化,以提高稼動率,也需要龐大的運算資源。但對半導體業者而言,要靠自有的資料中心來滿足其運算需求,建置跟維護的成本非常高昂,而且伺服器的利用率不見得都能維持在高檔,讓投資效益發揮到最大。

因此,半導體業者必須設法找到其他替代方案,才能繼續推動其智慧製造,例如使用公有雲的資源。事實上,台積電、新思(Synopsys)與益華電腦(Cadence)等半導體業界的領導大廠,都已經開始採用公有雲,或是發展出以雲端為基礎的軟體授權模式。

運算需求起伏不定 自建資料中心考量多
半導體是一個已經高度自動化的行業,換言之,這也是一個日常運作無法離開電腦運算的行業。從IC設計階段的模擬(Simulation)、驗證(Verification)到半導體製造業者研發新製程,或是維持現有生產線的運作,都需要極大的運算能力來支援。

然而,半導體企業對運算能力的需求水準波動非常劇烈。以IC設計來說,當晶片設計流程走到中後段,要進行設計模擬、驗證的時候,對運算能力的需求會達到顛峰,往往得用多台伺服器同時跑十多個小時,甚至兩三天,才能得到一次模擬結果。但在IC設計的前段,做電路合成(Synthesis)、時序收斂(Timing Closure)跟線路布局(Place & Route)的時候,對運算資源的需求則遠低於設計模擬跟驗證,常常幾個小時就能完成一次設計迭代。

因此,當IC設計公司裡面有多個團隊同時在開發晶片時,專案的排程跟協調就變得十分重要,否則公司自有的伺服器資源會不敷使用。試想,當所有設計團隊同一時間都要做設計模擬跟驗證,其排隊等待時間會有多長?

對於運算資源不足的問題,最直觀的解決方案就是擴建自有資料中心的容量,但因為運算需求波動幅度大,加上伺服器採購金額不低,後續還會衍生出維護、折舊等費用,因此IC設計公司的相關採購,通常是審慎而保守的。

除了IC設計工程師之外,電子設計自動化(EDA)工具業者是遇到上述問題的第一線業者,因此許多EDA大廠早在幾年前就開始探索使用公有雲的可能性跟對應的商業模式。跟自建資料中心相比,公有雲方案最大的優勢在於按照用量計費所帶來的彈性--當運算或儲存需求進入尖峰期時,使用者只要額外付費就可以取得所需的資源。目前幾家重要的EDA公司,如新思、益華、明導國際(Mentor Graphics)跟安矽思(Ansys),都已經有對應的布局動作。

對半導體製造業者來說,情況也類似。由於產線高度自動化,甚至已經開始採用大數據分析、機器學習等軟體工具,晶圓廠的生產線只要一開動,就會需要對應的運算能力來執行這些軟體。然而,除了既有生產線之外,晶圓製造業者還要不斷開發新製程,來滿足未來的市場需求。不管是更細的線寬或採用新的材料,都需要反覆進行模擬跟數據分析,而這些工作就跟IC設計的模擬、驗證一樣,需要大量運算能力支援。

公有雲方案解難題 資安迷信仍待破除
對於需要龐大運算資源來支撐其運作的半導體業者而言,公有雲是一個很彈性的選擇。公有雲具有龐大的運算能力跟儲存空間,還有各式各樣的伺服器可供選擇,當半導體業者需要額外的運算能力或儲存空間時,可以付費租用,不需要的時候,則只要取消訂閱就不會有費用支出。

但由於半導體業者手上的資料,例如生產製程參數、配方、IC設計檔案,都是非常敏感的機密資料,因此相關業者對於資料離開公司,通常有十分嚴格的管制,因此要說服半導體業者接受公有雲,往往是在挑戰客戶對資訊安全的「信仰」。

微軟(Microsoft)專家技術部雲平台解決方案副總經理呂欣育就表示,公有雲對於半導體業者來說,是一個非常有效益的解決方案。台積電就在5奈米製程研發上與微軟合作,在台積電原本就擁有的資料中心之外,搭配Azure平台的運算資源跟資料儲存空間,來加快專案開發的速度,結果讓5奈米的研發試產(Pilot Run)比預定時程提前了9個月,效果十分理想。

但除了台積電比較勇於嘗試之外,呂欣育坦言,大多數半導體業者對於資料上公有雲一事,態度還是相當保守。他可以理解半導體客戶將資安視為第一要務的想法,但要實現資訊安全,是要把細節攤開來逐一檢視,看哪個環節可能有問題,該如何改善,而不是以為資料不出公司大門就能永保安康。如果公司內部的資安政策模糊不清,資料放在公司裡面還是會出事。

就他與許多半導體公司溝通的經驗,有些半導體公司的資安政策是很有問題的,因為連公司內部的IT團隊,對自家的資安政策也說不出個所以然來,只知道資料不出門就對了。這種資安政策與其稱之為政策,或許說是「宗教信仰」還更貼切些。而這就是說服半導體產業接納公有雲最大的障礙。

不過,呂欣育對於半導體業者接納公有雲的趨勢,還是相當有信心。像台積電、新思、益華等業者,在半導體產業屬於燈塔型客戶,是引領產業發展趨勢的重要指標。在這些客戶的帶領跟示範下,未來會有更多客戶願意評估採用公有雲方案的可能性。

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