藏在芯片里的“維修大師”：新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案如何拯救百萬(wàn)美元損失？

新思科技(Synopsys) TestMAX? SMS MEMORY BIST方案是一款全面的集成測(cè)試、修復(fù)與診斷解決方案，支持任意代工廠或工藝節(jié)點(diǎn)下可修復(fù)或不可修復(fù)的嵌入式存儲(chǔ)器。該方案已在超過(guò)10億顆芯片中通過(guò)硅驗(yàn)證，覆蓋多種工藝節(jié)點(diǎn)，是提升先進(jìn)工藝中制造缺陷的測(cè)試質(zhì)量與修復(fù)效率的高性價(jià)比解決方案。

獲得TestMAX? SMS MEMORY BIST方案授權(quán)的SoC設(shè)計(jì)人員、芯片集成商以及領(lǐng)先代工廠，無(wú)論身處汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)，還是企業(yè)級(jí)和消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用領(lǐng)域，除了能得到出色的產(chǎn)品方案性能外，還能靈活享受額外的咨詢服務(wù)，涵蓋存儲(chǔ)器自測(cè)試(BIST)的規(guī)劃、生成、植入和驗(yàn)證階段。

TestMAX? SMS MEMORY BIST方案里有什么？

新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案具備高度自動(dòng)化的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與診斷流程，包括Silicon Browser(硅瀏覽器)和Yield Accelerator(良率加速器)，能幫助SoC設(shè)計(jì)人員快速完成設(shè)計(jì)收尾，顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間和量產(chǎn)良率達(dá)標(biāo)時(shí)間。值得一提的是，TestMAX? SMS MEMORY BIST方案還通過(guò)了獨(dú)立認(rèn)證機(jī)構(gòu)SGS-TUV Saar GmbH的認(rèn)證，符合ISO 26262 汽車(chē)功能安全標(biāo)準(zhǔn)。

此外，該方案還包含經(jīng)過(guò)優(yōu)化的測(cè)試算法，專(zhuān)門(mén)用于提高嵌入式閃存(e-flash)和嵌入式磁阻存儲(chǔ)器(eMRAM)缺陷的覆蓋率，例如在14/16納米和7納米FinFET等更先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)中常見(jiàn)的工藝偏差和電阻性故障，使其能夠應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。

更難能可貴的是，TestMAX? SMS 也提供針對(duì)Memory顆粒和SoC Die合封之后針對(duì)DDR/HBM 存儲(chǔ)顆粒FT和SLT at-speed測(cè)試, 這個(gè)方案對(duì)ADAS，服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的高可靠性芯片設(shè)計(jì)需求至關(guān)重要。

圖1：新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案

具體而言，新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案解決方案包括：

• 可綜合的測(cè)試與修復(fù)寄存器傳輸級(jí) SMS MBIST(RTL)IP

• TestMAX? SMS RTL 流程：自動(dòng)化測(cè)試與修復(fù)RTL IP的規(guī)劃、生成、植入和驗(yàn)證流程

• TestMAX? SMS MEMORY BIST方案良率加速器：自動(dòng)化生成適用于測(cè)試設(shè)備的WGL/STIL/SVF格式測(cè)試圖形，支持測(cè)試算法可編程性，以及硅后故障診斷和故障分類(lèi)

• TestMAX? SMS MEMORY BIST Silicon Browser：通過(guò)個(gè)人電腦或工作站提供交互式存儲(chǔ)器硅調(diào)試功能

• ECC (糾錯(cuò)碼) Compiler：自動(dòng)生成適用于單端口和多端口SRAM存儲(chǔ)器的ECC Verilog代碼、測(cè)試平臺(tái)和腳本

• DDR/HBM DRAM BIST：通過(guò)JTAG為 DDR、LPDDR和HBM等外置存儲(chǔ)器提供高覆蓋率、高性價(jià)比的測(cè)試方案，可選配封裝后修復(fù)(PPR)和診斷功能，支持量產(chǎn)階段或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

• CAM (內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器) BIST：支持專(zhuān)用內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器，如二進(jìn)制CAM、三態(tài) CAM和XYCAM，并兼容常見(jiàn)CAM功能

• E-flash and eMRAM BIST:支持嵌入式閃存(e-flash)和嵌入式磁阻存儲(chǔ)器(eMRAM) BIST.

從產(chǎn)品性能角度來(lái)說(shuō)，行業(yè)可靠性最高最全的Memory測(cè)試算法和低面積成本靈活的可編程測(cè)試算法支持確保了測(cè)試質(zhì)量，極速的Memory 并行repair 技術(shù)為低功耗移動(dòng)設(shè)備提供最好的開(kāi)機(jī)速度和電池續(xù)航使用體驗(yàn)，PhysicalAware 7層診斷信息助力良率的快速提升和全自動(dòng)化的TestMAX? SMS flow和智能化的MMB(Multiple Memory Bus) structure tracing flow 在提升項(xiàng)目執(zhí)行的生產(chǎn)力同時(shí)可以把MBIST 面積開(kāi)銷(xiāo)減少到2~3%，是TestMAX? SMS MEMORY BIST方案具備的標(biāo)志性特點(diǎn)。

例如，借助預(yù)配置的測(cè)試總線，TestMAX? SMS MEMORY BIST方案可對(duì)高性能處理器內(nèi)核進(jìn)行全速測(cè)試與修復(fù)。該測(cè)試總線能在測(cè)試模式下訪問(wèn)內(nèi)核內(nèi)部的存儲(chǔ)器，并通過(guò)共享的多存儲(chǔ)器總線(MMB)執(zhí)行測(cè)試，同時(shí)將存儲(chǔ)器測(cè)試與修復(fù)邏輯置于IP內(nèi)核外部，避免對(duì)處理器內(nèi)核性能造成影響(見(jiàn)圖1)。

同時(shí)，得益于具備完整的測(cè)試算法可編程性，包含用于執(zhí)行測(cè)試算法的BIST模塊，用戶可在RTL層面或硅片層面替換BIST模塊中的默認(rèn)測(cè)試算法，既能選用新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案提供的豐富算法庫(kù)，也能編寫(xiě)自定義算法。

但很顯然，僅有出色的產(chǎn)品性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為讓所有存儲(chǔ)器開(kāi)發(fā)者都能使用TestMAX? SMS MEMORY BIST方案，新思科技還推出了一種專(zhuān)門(mén)的存儲(chǔ)器描述語(yǔ)言——MASIS。這樣一來(lái)，MASIS語(yǔ)言配合MASIS編譯器，就可簡(jiǎn)化并自動(dòng)化TestMAX? SMS MEMORY BIST方案所使用的存儲(chǔ)器視圖的創(chuàng)建與驗(yàn)證流程。通過(guò)為T(mén)estMAX? SMS MEMORY BIST方案提供開(kāi)放接口，無(wú)論用戶是否選擇使用新思科技的存儲(chǔ)器，都能充分發(fā)揮該系統(tǒng)的價(jià)值(見(jiàn)圖2) 。

圖2：新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案解決方案有助于挽回價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元的芯片損失，降低測(cè)試成本，并縮短量產(chǎn)時(shí)間

加速釋放TestMAX? SMS MEMORY BIST方案的應(yīng)用潛能

對(duì)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)從首顆硅片向量產(chǎn)過(guò)渡時(shí)，如何能夠快速、經(jīng)濟(jì)且精準(zhǔn)地識(shí)別、分析、隔離和分類(lèi)存儲(chǔ)器故障，一直是從業(yè)者關(guān)心的核心問(wèn)題。

依托新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案的基礎(chǔ)架構(gòu)，良率加速器可自動(dòng)生成測(cè)試設(shè)備所需的向量，并基于硅片測(cè)試結(jié)果提供故障分析及根本原因排查指導(dǎo)。借助這一功能，測(cè)試工程師和產(chǎn)品工程師無(wú)需依賴(lài)IP供應(yīng)商或SoC設(shè)計(jì)人員，就能快速分析嵌入式存儲(chǔ)器中出現(xiàn)的故障，查看每個(gè)故障的物理位置和類(lèi)別，從而確定根本原因。

接下來(lái)，TestMAX? SMS MEMORY BIST方案內(nèi)置的自診斷模塊會(huì)開(kāi)啟片上自修復(fù)功能。與復(fù)雜的外部修復(fù)流程不同，SMS MEMORY BIST方案的片上修復(fù)是完全自動(dòng)化的，自診斷模塊會(huì)確定存儲(chǔ)器缺陷的位置，并通過(guò)掃描輸出故障數(shù)據(jù)為硅片調(diào)試提供錯(cuò)誤日志。在測(cè)試具有冗余設(shè)計(jì)且存在故障的存儲(chǔ)器時(shí)，內(nèi)置的修復(fù)與冗余分配模塊會(huì)識(shí)別可用的冗余元件，并確定最優(yōu)的冗余配置方案。

然后，通過(guò)將時(shí)序關(guān)鍵型測(cè)試與修復(fù)邏輯固化在存儲(chǔ)器硬核宏中，新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案實(shí)現(xiàn)了與新思科技嵌入式存儲(chǔ)器編譯器的獨(dú)特集成。將時(shí)序關(guān)鍵型測(cè)試與修復(fù)邏輯優(yōu)化放置在存儲(chǔ)器附近，有助于加快設(shè)計(jì)收斂速度、提升性能、優(yōu)化面積并降低功耗。

另一方面，TestMAX? SMS MEMORY BIST方案硅瀏覽器具備先進(jìn)的自動(dòng)化功能，可通過(guò)JTAG端口與芯片中TestMAX? SMS MEMORY BIST方案的基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行交互式通信，用于硅片流片后的啟動(dòng)、系統(tǒng)調(diào)試、嵌入式存儲(chǔ)器的診斷與特性分析。硅瀏覽器的獨(dú)特功能支持從工程師的桌面端全面提取存儲(chǔ)器內(nèi)容、進(jìn)行多角落和多電壓特性分析、實(shí)現(xiàn)精確的物理故障定位、缺陷分類(lèi)以及冗余利用分析，且無(wú)需依賴(lài)昂貴的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備。

實(shí)戰(zhàn)，是檢驗(yàn)產(chǎn)品的唯一標(biāo)準(zhǔn)

讓我們以汽車(chē)芯片測(cè)試為例，來(lái)看一看新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案是如何在生產(chǎn)環(huán)節(jié)和實(shí)際使用中測(cè)試汽車(chē)芯片，以確保其性能符合預(yù)期的。

眾所周知，近年來(lái)，汽車(chē)芯片已成為半導(dǎo)體行業(yè)中規(guī)模最大、復(fù)雜度最高的芯片之一。高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)需集成多種傳感器數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)分析。人工智能(AI)技術(shù)的廣泛應(yīng)用正推動(dòng)自動(dòng)駕駛市場(chǎng)的發(fā)展。控制核心駕駛功能的芯片必須杜絕因制造缺陷導(dǎo)致的故障，其生產(chǎn)測(cè)試需實(shí)現(xiàn)低于百萬(wàn)分之一(DPPM)的缺陷率。  

汽車(chē)芯片還必須避免因嚴(yán)苛環(huán)境或硅老化引發(fā)的故障。即使車(chē)輛高速行駛時(shí)，片上自檢系統(tǒng)也需實(shí)時(shí)檢測(cè)并妥善處理故障。內(nèi)置自測(cè)試(BIST)方案需同時(shí)覆蓋邏輯(LBIST)和存儲(chǔ)器(MBIST)。鑒于AI的計(jì)算需求及汽車(chē)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)性，測(cè)試系統(tǒng)必須對(duì)芯片的功耗、性能和面積(PPA)影響最小化。  

汽車(chē)芯片需滿足多項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括功能安全(FuSa)標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262。芯片中通常需集成糾錯(cuò)碼(ECC)和三模冗余(TMR)等安全機(jī)制以檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)故障。所有測(cè)試邏輯即使在最?lèi)毫迎h(huán)境下也需可靠運(yùn)行，包括對(duì)自身功能的故障檢測(cè)。軟件功能安全支持則確保一旦檢測(cè)到不可恢復(fù)故障，車(chē)輛能安全停靠至指定位置。

汽車(chē)芯片測(cè)試挑戰(zhàn)

完整的汽車(chē)芯片測(cè)試方案包含多項(xiàng)要素，部分由ISO 26262強(qiáng)制要求。例如，該標(biāo)準(zhǔn)定義了單點(diǎn)故障度量(SPFM)并要求計(jì)算此指標(biāo)。合規(guī)還需對(duì)寄存器傳輸級(jí)(RTL)設(shè)計(jì)或門(mén)級(jí)網(wǎng)表進(jìn)行靜態(tài)功能安全分析，且分析必須高效以避免影響項(xiàng)目進(jìn)度。分析結(jié)果可能引發(fā)設(shè)計(jì)變更以提升功能安全。  

標(biāo)準(zhǔn)還要求采用高精度故障模擬技術(shù)，確保高概率捕獲制造缺陷。除快速模擬外，需采用超越傳統(tǒng)單固定故障(SSF)的先進(jìn)模型，包括過(guò)渡、路徑延遲、保持時(shí)間、基于松弛、靜態(tài)橋接、動(dòng)態(tài)橋接、單元感知及IDDQ模型。功能模擬到故障模擬的轉(zhuǎn)換必須無(wú)縫銜接，避免偽失配。  

測(cè)試邏輯結(jié)構(gòu)(如LBIST、MBIST、ECC、處理器接口及測(cè)試訪問(wèn)端口TAP調(diào)試)的插入需最大限度減少人工干預(yù)。由于片上內(nèi)存有限，這些結(jié)構(gòu)還需支持外部DRAM和高速內(nèi)存接口的全速測(cè)試。此類(lèi)功能可通過(guò)成熟IP庫(kù)和可測(cè)試性設(shè)計(jì)(DFT)工具自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。 

成熟解決方案

為滿足上述所有需求需綜合性方案，新思科技推出了TestMAX? 測(cè)試自動(dòng)化套件。結(jié)合VC功能安全管理器，它提供ISO 26262要求的所有可測(cè)試性分析、自動(dòng)插入測(cè)試結(jié)構(gòu)、運(yùn)行測(cè)試模式生成(ATPG)，并將模式轉(zhuǎn)換為產(chǎn)線所需要的格式。  

該方案的LBIST功能支持多樣化應(yīng)用，包括：  

• 上電自檢(POST)：系統(tǒng)內(nèi)測(cè)試控制器執(zhí)行預(yù)編程或固化間隔，處理通過(guò)/失敗判定  

• 系統(tǒng)內(nèi)測(cè)試(IST)：CPU可編程測(cè)試間隔，由安全管理器直接管理或通過(guò)本地內(nèi)存更新數(shù)據(jù)  

• 系統(tǒng)內(nèi)調(diào)試測(cè)試(ISDT)：通過(guò)IEEE Std 1687/1500網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)外部TAP訪問(wèn)  

• 生產(chǎn)測(cè)試：確定性掃描模式生成，支持額外掃描通道提升測(cè)試吞吐量  

方案提供開(kāi)箱即用的腳本，覆蓋測(cè)試規(guī)劃、生成、插入與驗(yàn)證全流程。其中，TestMAX? SMS硅瀏覽器支持硅后啟動(dòng)、調(diào)試、診斷與特性分析；TestMAX? SMS MEMORY BIST方案更提供全面的嵌入式及片外存儲(chǔ)器測(cè)試、修復(fù)與診斷集成方案。

圖3：TestMAX? SMS MEMORY BIST方案不僅能進(jìn)行測(cè)試和診斷，還具備實(shí)際修復(fù)存儲(chǔ)器的能力

結(jié)語(yǔ)

新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案以全面的集成測(cè)試、修復(fù)與診斷能力為核心，憑借自動(dòng)化流程、多樣化功能及對(duì)多領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的合規(guī)性，有效滿足了汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品在性能、安全性和可靠性上的嚴(yán)苛需求。無(wú)論是加速設(shè)計(jì)周期、提升量產(chǎn)良率，還是應(yīng)對(duì)復(fù)雜的測(cè)試挑戰(zhàn)，其都展現(xiàn)出強(qiáng)勁的技術(shù)支撐力，未來(lái)將持續(xù)助力半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈在技術(shù)進(jìn)階與應(yīng)用拓展中突破前行。