提高​并行​性、​自动​化​程度​和​标准​化​程度,​将​Post-​Silicon​特性​分析​时间​缩短​至少​60%

“4​倍​并行​性​大幅​缩短​了​特性​分析​所需​的​时间,​让​我们​能够​更​快​地​识别​和​修复​漏洞。​较​新的​特性​分析​系统​直接​将​我们​的​特性​分析​时间​缩短​了​60%​以上。”

- Vinodh J Rakesh,​赛​普​拉​斯​半导体​技术​印度​私人​有限公司

挑战:

对于​在​亚洲​和​美国​各​赛​普​拉​斯​中心​设计​和​开发​的​各种​片上​系统​(SoC)​产品,​赛​普​拉​斯​半导体​公司​(Cypress Semiconductor Corp.)​必须​缩短​其​测试​台​特性​分析​周转​时间。

解决​方案:

我们​使用​NI PXI​源​测量​单元、​PXI​矩阵​开关​模​块​和​FlexRIO​模​块​开发​了​一个​类似​于​ATE​的​特性​分析​平台 ― CyMatrix,​内​置​了​高达​4​倍​的​并行​性​支持,​而且​不会​影响​测试​台​特性​分析​环境​的​灵活​性​或​信号​完整性。

作者:

Vinodh J Rakesh - 赛​普​拉​斯​半导体​技术​印度​私人​有限公司
​Tirumalesu Manda PRRK - 赛​普​拉​斯​半导体​技术​印度​私人​有限公司
​Jagadish Raju K - 赛​普​拉​斯​半导体​技术​印度​私人​有限公司
​Jithesh PK - 赛​普​拉​斯​半导体​技术​印度​私人​有限公司

 

赛​普​拉​斯​半导体​公司​(NASDAQ:CY)​是​先进​嵌入式​系统​解决​方案​的​领​军​企业,​致力​于​为​汽车、​工业、​家庭​自动​化、​消费​电子​和​医疗​产品​等​极​具​创新​性的​应用​领域​提供​解决​方案。​我们​的​微​控制器​和​连接​部门​(MCD)​主要​负责​提供​高性能​微​控制器​单元​(MCU)、​模拟、​无线​和​有线​连接​解决​方案。​产品​组合​包括​Traveo™​汽车​MCU、​PSoC®​可​编​程​MCU​和​搭载​ARM®Cortex®-​M4/​M3/​M0+/​R4 CPU​的​通用​MCU、​模拟​PMIC​电源​管理​IC、​CapSense®​电容​式​感应​控制器、​TrueTouch®​触摸​屏、​Wi-​Fi®、​Bluetooth®、​低​功耗​蓝牙​和​ZigBee®​解决​方案。​此外​还有​一系列​USB​控制器,​包括​符合​USB-​C​和​USB​供电​(PD)​标准​的​解决​方案。​MCD​在​2017​财​年​创​下了​约​14​亿​美元​的​营​收,​同时​服务​于​众多​知名​汽车​企业,​如​大陆​集团​(Continental)、​电​装​(Denso)、​伟​世​通​(Visteon)、​丰田​(Toyota)​和​宝​马​(BMW)。

 

产品​上市​时间​压力​迫切​要求​提高​芯​片​特性​分析​效率

大约​在​2011​年,​由于​移动​触摸​屏​市场​的​巨大​产品​上市​时间​压力​和​客户​需求​的​不断​增加,​赛​普​拉​斯​采用​了​基于​IP​的​全新​设计​方法,​大大​缩短​了​产品​开发​周期。​这种​方法​缩短​了​流​片​耗费​的​时间,​并​减少​了​流​片​后​Post Silicon​验证​中​发现​的​漏洞​数量。​因此,​新​产品​的​推出​速度​和​数量​突然​激增。​问题​也​随​之​而来,​虽然​设计​团队​能够​设计​出​更多​产品,​但是​特性​分析​团队​却​无法​及时​地​对​所有​产品​进行​特性​分析。

赛​普​拉​斯​的​特性​分析​团队​负责​在​产品​量产​之前​保证​整个​PVT​的​数据​规格​参数。​平均​而言,​每​个​产品​有​大约​400​个​数据​规格​参数。​为了​确保​产品​适合​投入​量产,​我们​需要​在​6-50​个​数量​不等​的​任意​待​测​设备​(DUT)​上​逐一​测量​这​400​个​参数。​为了​满足​客户​进度​要求,​我们​必须​在​4​到​8​周​的​时间​内​(视​产品​的​复杂​程度​而定)​完成​从​芯​片​提供​到​产品​全面​特性​分析​的​整个​流程。​如果​无法​在​这​段​时间​内​完成​产品​特性​分析,​我们​就将​面临​推迟​产品​发布​的​风险,​这​有​可能​导致​客户​流失​和​数​百万​美元​的​业务​损失。​我们​的​业务​目标​是在​市场​上​抢先​占据​有利​地位,​因此,​提高​测试​台​的​特性​分析​效率​刻​不容​缓。

 

通过​提高​测试​台​特性​分析​系统​的​并行​性、​自动​化​程度​和​标准​化​程度,​实现​特性​分析​效率​的​跃升

特性​分析​团队​探索​了三​种​方法,​以期​实现​更高​的​效率:​(1)​提高​并行​性,​(2)​提高​自动​化​程度,​(3)​提高​代码​复​用​比例​和​标准​化​程度。​传统​的​测试​台​特性​分析​系统​只能​以​50%​的​自动​化​程度​对​一个​DUT​进行​分析,​分析​能力​十分​有限,​因此​我们​必须​采用​并行​特性​分析​来​提高​效率。​并行​的​主要​思路​是​为​每​个​DUT​提供​专用​仪器​或者​至少​使用​数量​充足​的​仪器,​实现​时​分​多​路​复​用,​达到​90%​以上​的​自动​化​程度。

 

如果​要​对​一个​典型​的​PSoC DUT​进行​特性​分析,​我们​必须​在​64​个​信号​引​脚​和​4​个​电源​引​脚上​进行​电流/​电压/​定​时​等​测量。​为了​执行​所有​的​适用​测试,​我们​需要​68​个​源​测量​单元​(SMU)。​考虑​到​4​倍​并行​性的​要求,​我们​还​需要​包含​272​个​SMU​的​特性​分析​系统。​传统​的​生产​车间​自动​化​测试​设备​(ATE)​提供​的​通道​数​可以​达到​这个​标准,​但​经常​无法​满足​测试​台​特性​分析​所需​的​精度。​此外,​在​测试​台中​复制​ATE​架构​的​成本​非常​高昂,​并且​尽管​DUT​有​68​个​引​脚​必须​进行​测量,​但​测量​也​无​需​同时​进行。​经过​详细​研究​所有​测试​用例,​我们​发现​最多​需要​同时​使用​4​个​信号​引​脚​和​4​个​电源​引​脚。​因此,​我们​仅​用​32​个​高​精度​SMU,​以​开关​矩阵​的​方式​排列,​在​4​个​DUT​的​全部​272​个​引​脚​间​实现​多​路​复​用,​构​建​了​整个​特性​分析​系统。​测试​系统​包含​两​个​NI 2532 PXI​矩阵​开关​模​块,​这​是​包含​512​个​交叉​点​的​开关​矩阵。​基于​LabVIEW​的​特性​分析​程序​可在​运行​时​根据​测试​要求,​在​DUT​引​脚​和​SMU​通道​之间​进行​必要​的​连接。​架构​框​图​如​图​1​所​示。​尽管​采用​了​开关​矩阵,​但​完整​的​测试​台​特性​分析​系统​仍​需要​32​个​SMU。​由于​传统​的​台式​SMU​占用​空间​太大​并且​需要​进行​额外​的​布线,​此类​SMU​我们​不予​考虑。​我们​最终​选择​了​NI​的​PXI 4​通道​SMU。​通过​组合​使用​8​块​PXI​模​块,​满足​了​所有​的​设置​要求。

 

某些​产品​(例如​Traveo II​汽车​级​MCU)​还​可以​充当​多个​协议​主​设备,​如​DDR HSSPI、​Hyperbus、​SPI​和​SDHC。​因此,​这些​不同​DUT​的​特性​分析​过程​还​涉及​源​同步​测量。​在​源​同步​测量​中,​DUT​提供​时钟,​外部​仪器​会​驱动​数据​(相​对于​此​输入​时钟)。​该​测量​还​包括​在​协议​感知​的​情况​下,​以​约​100 ps​的​分辨​率​对​由​仪器​所​驱动​的​数据​(相​对于​输入​时钟)​进行​Shmoo​分析。​然而,​传统​的​信号​发生​器、​高速​数字​I/​O​模​块​和​一些​ATE​对​外部​不​连续​时钟​的​定​时​响应​都​不尽​如​人​意。​协议​主​设备​的​定​时​特性​分析​最好​通过​真正​具有​协议​感知​的​从​设备​来​实现,​这样​才能​对​输入​时钟​做出​同步​响应。​但​这些​从​设备​不​具备​对​时钟​相关​数据​进行​Shmoo​分析​的​能力,​并且​通常​需要​借助​外部​分立​组​件​来​实现,​如​使用​电​平​位移​器​来​确保​主​设备​和​从​设备​之间​的​电压​兼容​性,​使用​可​编​程​的​延迟​链​对​延迟​进行​Shmoo​分析​等。​这种​具有​多个​从​设备​且​需要​相关​外部​组​件​的​系统​十分​复杂,​而且​非常​容易​导致​系统​级​问题。​为了​避免​使用​实际​从​设备​导致​的​此类​问题,​我们​改​为​使用​搭载​可​编​程​FPGA​的​可​编​程​NI PXI FlexRIO​产品​系列​来​仿真​从​设备​功能。​FlexRIO​设备​还能够​实现​可​编​程​延迟,​精细​延迟​的​分辨​率​约​为​40 ps,​粗略​延迟​的​分辨​率​约​为​120 ps。​前端​FlexRIO​适​配​器​模​块​可​实现​DUT​与​仿真​从​设备​之间​的​电​平​位移​器​的​功能。​NI​联盟​伙伴​Soliton Technologies Pvt.Ltd.​帮助​我们​在​FPGA​上​实现​了​从​设备​功能​和​可​编​程​延迟。

 

从​单​站​点​特性​分析​系统​到​多​站​点​并行​特性​分析​系统​的​转变为​我们​带来​了​诸​多​益处,​我们​在​班​加​罗​尔、​西雅图​和​科罗拉多​的​工程​团队​很快​开始​广泛​采用​这种​多​站​点​平台。​此​前,​每​个​中心​对​不同​的​仪表​维护​不同​的​系统,​并​仅​在​各自​的​站​点​内​构​建​和​维护​自己​的​代码​库。​这种​传统​方式​大大​限制​了​代码​的​复​用,​而且​有时​还​会​因为​自动​化​程序、​特性​分析​板​以及​仪表​和​互​连​模​块​未​实现​标准​化,​导致​不同​站​点​之间​难以​进行​复制。​因此,​标准​化​势在必行,​但​这​同时​也​存在​一些​业务​上​的​限制,​比如​现有​仪表​的​复​用​问题。​为了​解决​这个​问题,​我们​开发​了​一个​基于​LabVIEW​面向​对象​编​程​(LabVIEW OOP)​概念的​框架,​该​框架​在​构​建​整个​特性​分析​自动​化​程序​的​单​个​设备​驱动​之上,​提供​了​一个​抽象​层。​不同​站​点​的​工程​师​可以​在​Excel​电子​表格​中​直接​编辑​单​个​条目,​从而​在​SMU、​数字​万​用​表​(DMM)​和​任意​波形​发生​器​(AWG)​等​不同​供应​商​的​仪器​之间​进行​无缝​切换。

 

提高​特性​分析​效率,​为​组织​带来​更高​效益

4​倍​并行​性​大幅​缩短​了​特性​分析​所需​的​时间,​让​我们​能够​更​快​地​识别​和​修复​漏洞。​较​新的​特性​分析​系统​直接​将​我们​的​特性​分析​时间​缩短​了​60%​以上。​与​之前​的​10​周​耗​时​相比,​中等​复杂​度​的​产品​特性​分析​过程​现在​只需​不到​4​周。​而​高​复杂​度​产品​的​特性​分析​时间​也​从​20​周​或​更​长​时间​缩短到​了​8​周​以内。

 

自​2011​年以来,​我们​特性​分析​团队​的​员工​人数​没有​太大​变化。​实现​系统​自动​化​之前,​他们​一年​内​仅​能​对​一​两​种​产品​进行​特性​分析,​而​现在​他们​一年​内​可​对​五种​以上​的​产品​进行​特性​分析。​标准​化​和​代码​复​用​帮助​我们​缩短​了​新​芯​片​的​准备​时间,​避免​了​漏洞,​而且​提高​了​特性​分析​系统​的​整体​可靠性。​虽然​不同​站​点​的​工程​师​和​团队​在​不​同时​区​下​对​产品​进行​特性​分析,​但​若有​漏洞​报告,​第二​天​在​其他​站​点​即可​看到​副本。​而​这​恰好​佐证​了​标准​化​如何​帮助​我们​的​工程​师​提高​生产​率,​因为​工程​师​可以​将​更多​的​时间​投入​到​所​报​漏洞​的​故障​分析,​而​不会​让​漏洞​重复​出现。

 

由于​在​不​影响​灵活​性的​情况​下​实现​了​标准​化​和​自动​化,​因此​我们​现在​能够​使用​同一​框架​执行​所有​调​试​活动。​我们​还​移除​了​所有​的​专用​调​试​设备,​并​重复​利用​这些​仪器​来​搭建​更多​的​特性​分析​系统。​此外,​我们​还​对​此​特性​分析​平台​进行​了​调整,​帮助​其他​团队​对​一些​测试​芯​片​和​一​款​存储​器​产品​进行​特性​分析,​这些​产品​的​架构​与​SoC​产品​迥然不同。

 

“使用​CyMatrix​实现​特性​分析​测试​台​的​标准​化,​可​帮助​身​处​不同​位置​的​开发​团队​快速​重现​特性​分析​中心​发现​的​问题。​这​大大​缩短​了​我们​的​调​试​周期​和​产品​上市​所需​的​时间。”赛​普​拉​斯​半导体​公司​MCD​高级​副总裁​Aaron E. Gordon​表示。​他​还​补充​道:“我们​使用​标准​化​的​自动​化​设备​和​系统,​将​特性​分析​转移​到​更​类似​于​制造​行业​的​流程​中,​同时​提高​并行​性​以​减少​周期​时间,​从而​大大​缩短​了‘流​片​―​样品​―​产品’的​周期​时间。”

 

赛​普​拉​斯​半导体​公司​产品​工程​总监​Bjarni Benjaminsson​表示:“借助​CyMatrix​平台,​赛​普​拉​斯​的​特性​分析​得以​采用​标准​化​方式​执行,​并​实现​了​高​并行​性。​这​是​一个​完全​自动​化​的​特性​分析​环境,​在​帮助​赛​普​拉​斯​缩短​新​产品​的​整体​开发​周期​方面​发挥​了​关键​作用。​如果​要​在​生产​后期​重新​回顾​相关​数据,​这​一​平台​的​自动​化​特点​还​可​保证​产品​特性​分析​数据​的​可​复现​性。”

 

赛​普​拉​斯​半导体​公司​科罗拉多​分​公司​电气​设计​工程​师​Juan Rivera​称:“CyMatrix​系统​是​赛​普​拉​斯​科罗拉多​分​公司​的​绝​佳​助力。​它​不仅​改进​了​我们​对​新​产品​进行​特性​分析​的​方式,​而且​还​大大​缩短​了​周期​时间。”

 

受​MCD​特性​分析​平台​成功​的​启发,​其他​部门​的​另外​两​个​团队​也​搭建​了​具有​相似​概念的​平台,​其中​一个​团队​在​印度​负责​高性能​时钟​产品​的​特性​分析,​另​一个​团队​则​是在​日本​负责​PMIC​产品​的​特性​分析。​我们​也​确信​未来​在​业务​需求​的​驱动​下,​类似​的​特性​分析​系统​将会​部署​到​其他​赛​普​拉​斯​站​点。​我们​在​芯​片​特性​分析​方面​获得​的​显著​优势​和​高​效率​就是​明​证,​这​也​意味​着​我们​为​实现​测试​程序​标准​化​以及​高度​自动​化​的​多​站​点​并行​系统​所​付出​的​全部​努力​得到​了​回报。​我们​对​该​特性​分析​平台​的​可​扩展​性​充满​信心,​并​希望​将来​也​能够​将​其​应用​到​晶圆​级​测试​中。

 

NI​联盟​伙伴​是​独立​于​NI​的​商业​实体,​与​NI​之间​不存在​代理、​合伙​或​合资​关系。

 

作者​信息:

Vinodh J Rakesh
赛​普​拉​斯​半导体​技术​印度​私人​有限公司​有限公司
​65/2, Bagmane Tech Park, Block-​C, Bagmane Laurel Building, C V Raman Nagar, Bengaluru
​Karnataka 560093
​India
​电话:​+91-80-67073255
vinodh.rakesh@cypress.com

图​1. ​ ​特性​分析​系统​的​架构 ​
图​2. ​ ​从​使用​六​台​独立​台式​仪器​的​测试​台​转变为​使用​34​台​仪器​的​标准​化​CyMatrix​系统 ​
图​3. ​ ​赛​普​拉​斯​班​加​罗​尔​的​四​站​点​自动​化​特性​分析​系统 ​