滿足芯片生命周期擴展需求
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在當(dāng)今競爭激烈的商業(yè)環(huán)境中，駕馭復(fù)雜性可能是一個決定性的優(yōu)勢，但同時也帶來了重大挑戰(zhàn)。推動復(fù)雜性增加的三個關(guān)鍵趨勢是技術(shù)擴展、設(shè)計擴展和系統(tǒng)擴展。傳統(tǒng)上，可測試性設(shè)計 （DFT） 解決方案側(cè)重于晶片級別;然而，這些挑戰(zhàn)在封裝和系統(tǒng)層面也帶來了機遇。為了有效地滿足客戶需求，Siemens EDA 采取了積極措施來應(yīng)對他們遇到的挑戰(zhàn)。通過利用創(chuàng)新的芯片生命周期管理 （SLM） 解決方案，他們成功地大規(guī)模部署了高級系統(tǒng)，使客戶能夠在競爭激烈的市場中蓬勃發(fā)展。
圖 1：影響半導(dǎo)體制造商的三大擴展挑戰(zhàn)。半導(dǎo)體公司可以利用驗證和確認(rèn)階段的數(shù)據(jù)來創(chuàng)建其芯片和系統(tǒng)的真正數(shù)字孿生。這種方法為獲得有關(guān)性能、可靠性、安全性和安全性的數(shù)據(jù)驅(qū)動型見解開辟了新的可能性。
Siemens EDA 在芯片和系統(tǒng)的整個生命周期中采用統(tǒng)一方法，為新的應(yīng)用程序和可見性提供支持。其 SLM 戰(zhàn)略可幫助半導(dǎo)體公司充分利用復(fù)雜性的競爭優(yōu)勢，而不會影響性能。SLM 解決方案提供了一個全面的基礎(chǔ)設(shè)施，可顯著提高設(shè)計可測試性，提供卓越的測試質(zhì)量，同時發(fā)現(xiàn)缺陷和隱藏的良率限制因素。通過從測試無縫過渡到系統(tǒng)調(diào)試和驗證，這些解決方案確保了強大的最終產(chǎn)品。此外，它們集成了所有這些功能，以實現(xiàn)持續(xù)的實時監(jiān)控，從而提供無與倫比的可靠性和性能。
這種整體 SLM 方法的底線好處是巨大的。IC 設(shè)計和生產(chǎn)過程變得更加靈敏、敏捷和成本效益更高。設(shè)備更容易集成到最終產(chǎn)品中，并且在部署后更加可靠和安全。在設(shè)備的整個生命周期內(nèi)監(jiān)控重要事項的能力，可在現(xiàn)場實現(xiàn)預(yù)防性維護和持續(xù)性能優(yōu)化。
圖 2：芯片生命周期管理流程。
SLM 是西門子使用數(shù)字孿生來應(yīng)對復(fù)雜挑戰(zhàn)并有效推動創(chuàng)新的戰(zhàn)略的關(guān)鍵要素。產(chǎn)品的數(shù)字孿生是實際產(chǎn)品的虛擬表示。它允許在創(chuàng)建物理版本之前在虛擬環(huán)境中設(shè)計和驗證產(chǎn)品。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個持續(xù)的過程，即使對于已經(jīng)數(shù)字化數(shù)十年的公司也是如此。Siemens 的軟件和全面的數(shù)字化雙胞胎使公司能夠優(yōu)化其設(shè)計、工程和制造流程。
自動化對技術(shù)擴展至關(guān)重要
SLM 解決方案本質(zhì)上是多領(lǐng)域的，因此為 DFT、收益分析和功能監(jiān)控活動采用最佳實踐至關(guān)重要。SLM 有助于在現(xiàn)場部署芯片后從芯片中無縫收集數(shù)據(jù)，并搭配一套強大的數(shù)據(jù)分析和解釋工具。這種組合不僅提供了對系統(tǒng)性能的重要見解，還使組織能夠提高可靠性并推動創(chuàng)新。
技術(shù)和系統(tǒng)復(fù)雜性推動了對增強故障建模和檢測的需求，特別是對于較新的故障類型，例如系統(tǒng)設(shè)計錯誤 （SDE） 和靜態(tài)數(shù)據(jù)損壞 （SDC） [1]。這些故障不僅取決于晶體管級效應(yīng)，還取決于系統(tǒng)級條件，包括潛在缺陷、老化和軟件工作負(fù)載對電力傳輸?shù)挠绊憽Ｒ虼?，檢測制造過程中和最終產(chǎn)品內(nèi)部的故障變得至關(guān)重要。如果公司不升級到先進的 DFT 工具和方法，那么在先進技術(shù)節(jié)點上設(shè)計的片上系統(tǒng) （SoC） 可能難以滿足當(dāng)今市場要求的高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
自動化，尤其是當(dāng)它可以實時適應(yīng)和優(yōu)化時，是設(shè)計過程的一個關(guān)鍵方面。技術(shù)擴展的主要目標(biāo)是實現(xiàn)自動化的精度和保真度，從而推動創(chuàng)新并提高效率。通過采用 Tessent Diagnosis 中提供的面向缺陷的檢測和細(xì)胞感知診斷功能，我們可以實現(xiàn)有效建模、檢測和診斷物理缺陷所需的準(zhǔn)確性。然而，這種增強的缺陷識別能力也使模式生成過程復(fù)雜化，需要創(chuàng)建額外的測試模式。
用于設(shè)計擴展的數(shù)據(jù)包化掃描交付
設(shè)計中晶體管的困難源于設(shè)計復(fù)雜性的增加，特別是在尺寸和與 DFT 實現(xiàn)相關(guān)的成本方面。這種復(fù)雜性導(dǎo)致 Core 和 Block 上的并行工作增加，以及重復(fù) Core 使用量的增加。一種常見的方法是在 block 級別完成物理設(shè)計，然后將這些 blocks 相鄰在一起，這被稱為基于 tile 的設(shè)計流程。但是，這種趨勢使傳統(tǒng)的 DFT 實施過程復(fù)雜化。
分層 DFT 流多年來一直有效，使 DFT 能夠集成并在塊或核心級別生成模式。然后，這些可以映射到頂層。遺憾的是，相同內(nèi)核數(shù)量的增加以及基于磁貼的流的使用（缺乏頂級邏輯）使得分層流更具挑戰(zhàn)性。這些挑戰(zhàn)包括規(guī)劃工作、帶基臺的平鋪設(shè)計、測試成本、布線和時序收斂。
分組掃描交付解決了與復(fù)雜 SoC 中的掃描分發(fā)相關(guān)的許多挑戰(zhàn)。這種方法允許同時測試多個內(nèi)核，同時僅使用幾個芯片級引腳。它可以在幾乎恒定的時間內(nèi)有效地測試任意數(shù)量的相同核心實例，從而減少對填充的需求，即使核心具有不同的碼型計數(shù)或掃描鏈長度。
Siemens EDA 的 Tessent TestKompress 和流式掃描網(wǎng)絡(luò) （SSN） 解決方案提供分組掃描交付。這些系統(tǒng)旨在解決測試 SoC 設(shè)計中的常見 DFT 挑戰(zhàn)，將核心 DFT 優(yōu)化與集成到設(shè)計中分離，提供可用的輸入/輸出接口。這種方法有效地將測試交付與核心級 DFT 要求分離。例如，在內(nèi)核級壓縮中，可以完全根據(jù)芯片 I/O 限制來定義配置。關(guān)于將同時測試哪些內(nèi)核的決定是通過編程方式做出的，而不是像傳統(tǒng)的引腳多路復(fù)用方法那樣硬連接。
圖 3：分組掃描交付架構(gòu)。
數(shù)據(jù)包掃描交付的另一個優(yōu)勢是其自適應(yīng)智能。在 DFT 設(shè)計最終確定并生成測試模式后，可以選擇要測試的特定內(nèi)核。一旦用戶確定了要測試的內(nèi)核，數(shù)據(jù)包交付過程就會得到優(yōu)化，以確保盡可能高效地交付。
系統(tǒng)擴展
導(dǎo)致復(fù)雜性的第三個趨勢是系統(tǒng)擴展。隨著技術(shù)和設(shè)計的擴展，越來越多的功能可以在單個集成電路 （IC） 中實現(xiàn)，并且更多的 IC 可以集成到單個封裝中。
系統(tǒng)擴展會帶來多種挑戰(zhàn)，例如：
在流片前優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)
確保功能子系統(tǒng)在芯片中正確協(xié)同工作
滿足功能規(guī)范
管理共享資源的利用率
針對特定硬件實施優(yōu)化軟件
將多個芯片集成到單個產(chǎn)品中變得更加復(fù)雜，尤其是在使用將多個小芯片組合到系統(tǒng)級封裝中的 3D 集成技術(shù)時。一套全面的基于硬件的功能監(jiān)控工具（以硅 IP 形式提供）可以幫助管理這種復(fù)雜性。功能監(jiān)控應(yīng)提供芯片的完整概述，以及對每個 IC 子系統(tǒng)的詳細(xì)見解。它還必須實現(xiàn)硬件和軟件的系統(tǒng)級可見性，從而增強 DFT 結(jié)構(gòu)提供的信息。此外，它應(yīng)該從系統(tǒng)啟動的那一刻起就提供準(zhǔn)確而有凝聚力的圖片。
功能監(jiān)控還需要根據(jù)以下方面提供數(shù)據(jù)過濾和采集：
可配置的標(biāo)準(zhǔn)
靈活選擇感興趣的子系統(tǒng)
IC 內(nèi)部的數(shù)據(jù)預(yù)過濾
時間 戳
可編程交叉觸發(fā)，用于跨不同子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)收集
與系統(tǒng)功能接口兼容的片外數(shù)據(jù)傳輸機制
用于構(gòu)建和集成使用所收集數(shù)據(jù)的 Analytics 應(yīng)用程序的工具
為了最大限度地提高功能監(jiān)控的有效性，必須能夠靈活地分析和響應(yīng)來自分布式系統(tǒng)（片上）和集中式資源（片外）的見解，無論是實時分析還是在額外處理后。最大限度地減少集成到芯片設(shè)計中所需的資源和開銷非常重要。這些功能有助于數(shù)據(jù)收集和見解生成，從而提高投資回報率。
圖 4：Tessent Embedded Analytics 功能監(jiān)控解決方案。
Tessent Embedded Analytics 提供的功能監(jiān)控以及數(shù)據(jù)收集生成的見解提供了一種獨特的自適應(yīng)智能形式。在這種情況下，它為優(yōu)化功能作和改進最終產(chǎn)品應(yīng)用提供了機會。
大規(guī)模部署
在開發(fā)階段遇到的許多問題也會在部署 IC 或嵌入式系統(tǒng)后出現(xiàn)。例如，結(jié)構(gòu)測試對于檢測與老化相關(guān)的可靠性問題或靜默數(shù)據(jù)錯誤 （SDE） 是必要的。有些問題只有在部署后才會顯現(xiàn)出來;在實際軟件負(fù)載下，可能會出現(xiàn)低概率、高影響的性能問題。必須像任何其他錯誤一樣檢測、確定優(yōu)先級、調(diào)查和解決這些問題。
擴展系統(tǒng)的最大挑戰(zhàn)之一是硅的老化以及由此產(chǎn)生的固有可靠性問題。通過分析產(chǎn)品整個生命周期中來自 DFT 結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，并將其與部署前階段收集的類似數(shù)據(jù)相結(jié)合，我們可以識別現(xiàn)場故障并開發(fā)老化和可靠性模型。這種方法使我們能夠提前預(yù)測潛在的故障。此方法的一個關(guān)鍵應(yīng)用是檢測由數(shù)據(jù)損壞引起的 SDE。
確定性系統(tǒng)內(nèi)測試已經(jīng)投入使用，預(yù)計采用率會越來越高。它們有助于處理測試數(shù)據(jù)量的急劇增長。Tessent In-System Test 支持創(chuàng)建高質(zhì)量、確定性的測試模式。Tessent In-System Test （IST） 是對 Tessent SSN 的補充，增強了其在系統(tǒng)內(nèi)、現(xiàn)場環(huán)境中使用的能力。設(shè)計人員可以使用在系統(tǒng)測試控制器，直接通過 SSN 總線應(yīng)用使用 Tessent SSN 軟件生成的嵌入式確定性測試 （EDT） 模式。
圖 5： 在系統(tǒng)確定性測試邏輯。
在任何 SLM 解決方案中，都需要對設(shè)備進行持續(xù)測試和監(jiān)控，以確保其在整個運行過程中的最佳性能、可靠性和安全性。Tessent In-System Test 支持在芯片的整個生命周期內(nèi)應(yīng)用高質(zhì)量、確定性的測試模式進行系統(tǒng)內(nèi)和現(xiàn)場測試。
總結(jié)
每一次挑戰(zhàn)都蘊含著機遇。芯片生命周期解決方案為利用技術(shù)、設(shè)計和系統(tǒng)擴展趨勢的公司提供了顯著的優(yōu)勢，尤其是那些大規(guī)模部署的公司。芯片生命周期管理涉及在現(xiàn)場部署芯片后從芯片中無縫收集數(shù)據(jù)。此過程包括一套工具，這些工具可以有效地使用和分析數(shù)據(jù)，從而提供對系統(tǒng)性能的關(guān)鍵見解。
除了硅級基礎(chǔ)設(shè)施之外，端到端 SLM 還需要從傳統(tǒng)的芯片設(shè)計工具工作流程中轉(zhuǎn)變。它需要實施全面的閉環(huán)數(shù)字孿生概念，這有助于將數(shù)據(jù)從實時的現(xiàn)場產(chǎn)品傳回以進行分析和評估。這些數(shù)據(jù)可以與設(shè)計、開發(fā)、仿真、制造和測試的早期階段相關(guān)聯(lián)。
隨著創(chuàng)新步伐繼續(xù)每年產(chǎn)生更多的數(shù)字系統(tǒng)，我們生成的數(shù)據(jù)呈指數(shù)級增長，這些數(shù)據(jù)可用于分析并可能貨幣化。這使得數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為一段持續(xù)的旅程，即使對于已經(jīng)數(shù)字化數(shù)十年的公司也是如此。
現(xiàn)代系統(tǒng)的復(fù)雜性可以通過將應(yīng)對各種結(jié)垢挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)元素與尖端技術(shù)集成來解決。最重要的是，當(dāng)這些基本元素?zé)o縫協(xié)作時，采用 SLM 解決方案的巨大好處最容易實現(xiàn)。
Siemens EDA 的 Tessent Silicon Lifecycle Solutions 通過使用高質(zhì)量的 DFT 簡化設(shè)計復(fù)雜性，從而加快上市時間。這些解決方案包括高級調(diào)試、安全和信息安全功能，以及實時數(shù)據(jù)分析，以應(yīng)對當(dāng)今芯片生命周期中不斷變化的挑戰(zhàn)。
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