【導(dǎo)讀】汽車是近兩年被高頻提及的產(chǎn)業(yè)，2022年至2029年，預(yù)計(jì)電動(dòng)汽車（EV）占比將增長(zhǎng)近一倍，同時(shí)L2級(jí)別及以上的自動(dòng)駕駛汽車占比也在逐漸增加。中國(guó)則處于“彎道超車”的市場(chǎng)地位，到去年為止，電動(dòng)汽車占比已經(jīng)超過(guò)了一半。
汽車是近兩年被高頻提及的產(chǎn)業(yè)，2022年至2029年，預(yù)計(jì)電動(dòng)汽車（EV）占比將增長(zhǎng)近一倍，同時(shí)L2級(jí)別及以上的自動(dòng)駕駛汽車占比也在逐漸增加。中國(guó)則處于“彎道超車”的市場(chǎng)地位，到去年為止，電動(dòng)汽車占比已經(jīng)超過(guò)了一半。
對(duì)汽車來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車的功率轉(zhuǎn)換需要大功率分立半導(dǎo)體，電池管理IC負(fù)責(zé)電池平衡和監(jiān)控，ADAS（以及最終的無(wú)人駕駛）需要RF、激光雷達(dá)、超聲波和圖像傳感器以及高端處理能力，MCU/SoC則負(fù)責(zé)控制車內(nèi)功能，在車輛安全方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
這將不斷驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體在汽車中的數(shù)量和金額占比增加。據(jù)測(cè)算，2023年芯片在整車中的占比在800～1000美元，5年后可能會(huì)達(dá)到1500美元。反觀過(guò)去一年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，消費(fèi)類產(chǎn)品相對(duì)疲軟，且到現(xiàn)在仍未有明顯復(fù)蘇跡象，因此汽車會(huì)是過(guò)去一年芯片產(chǎn)業(yè)最大驅(qū)動(dòng)力之一。
增長(zhǎng)之下，滿是挑戰(zhàn)。汽車產(chǎn)品的質(zhì)量與人的生命財(cái)產(chǎn)安全有著直接的關(guān)系，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，可能會(huì)帶來(lái)毀滅性的打擊。因此，車規(guī)級(jí)產(chǎn)品對(duì)整體質(zhì)量的把控相對(duì)更為嚴(yán)格，加之ADAS級(jí)別提升，芯片測(cè)試的復(fù)雜程度也呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。
此外，對(duì)汽車芯片來(lái)說(shuō)，越早能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就越能將成本前移，從而獲得更好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。泰瑞達(dá)（Teradyne）作為自動(dòng)測(cè)試設(shè)備行業(yè)（ATE）關(guān)鍵領(lǐng)導(dǎo)者，最近分享了先進(jìn)節(jié)點(diǎn)下，汽車芯片所面臨的挑戰(zhàn)與良策，同時(shí)分享了如何助力國(guó)產(chǎn)芯片解決測(cè)試難題。
策略、流程、工具，實(shí)現(xiàn)零質(zhì)量缺陷的三大要點(diǎn)
“無(wú)論是AEC-Q100還是ISO26262，其本質(zhì)目標(biāo)都是零質(zhì)量缺陷（0 DPPM，即每百萬(wàn)分之零的缺陷），要完成零缺陷，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都不能掉鏈子，因?yàn)榄h(huán)節(jié)太多，哪怕任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)千分之一、萬(wàn)分之一的問(wèn)題，疊加起來(lái)都會(huì)是非常大的質(zhì)量缺陷。”泰瑞達(dá)中國(guó)區(qū)總經(jīng)理Felix Huang這樣解釋道。
對(duì)泰瑞達(dá)來(lái)說(shuō)，零缺陷是永遠(yuǎn)的目標(biāo)，目前國(guó)內(nèi)頂尖的ADAS公司已在泰瑞達(dá)平臺(tái)上做到10 DPPM，但同時(shí)也付出了很高的成本。正常來(lái)說(shuō)，一顆芯片測(cè)試成本占芯片售價(jià)5%～10%，最多不超過(guò)15%，而該公司的產(chǎn)品則接近30%，超過(guò)大芯片封裝的成本。
因此，想要更好地實(shí)現(xiàn)零質(zhì)量缺陷的目標(biāo)，有三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。一是策略，關(guān)鍵點(diǎn)是在設(shè)計(jì)階段就考慮到如何做好測(cè)試；二是流程，關(guān)鍵點(diǎn)做好協(xié)作和自動(dòng)化；三是工具，關(guān)鍵點(diǎn)是實(shí)時(shí)、預(yù)測(cè)和智能。
1. 策略：用靈活的測(cè)試方案實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)化
首先，在測(cè)試策略方面，在芯片設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，就要考慮到如何達(dá)到零質(zhì)量缺陷的效果，這需要在初期考慮測(cè)試方案的設(shè)計(jì)和策略，以平衡成本。
雖然用在汽車中的芯片都叫車規(guī)芯片，但其實(shí)每種芯片要求標(biāo)準(zhǔn)和成本不同。實(shí)際上，質(zhì)量與成本相關(guān)聯(lián)，質(zhì)量等級(jí)越高，失效成本就會(huì)降低，但相應(yīng)的就要做一些預(yù)防性的提前檢測(cè)，從而拉高前期成本。此外，因質(zhì)量問(wèn)題而帶來(lái)的客退、測(cè)試成本等顯性成本之外，庫(kù)存成本、運(yùn)輸成本、人員變動(dòng)成本等隱性成本的影響要比顯性成本大得多。
最終，整體成本會(huì)呈現(xiàn)“浴盆曲線”，其最低點(diǎn)就是兩種成本的交界點(diǎn)，不同芯片的權(quán)衡都有所不同。比如說(shuō)，自動(dòng)駕駛芯片與汽車行駛直接相關(guān)，一旦出問(wèn)題，就是人員安全問(wèn)題，所以要求質(zhì)量等級(jí)更高。再比如，座艙芯片可以通過(guò)后裝市場(chǎng)來(lái)增級(jí)，質(zhì)量要求也沒(méi)有那么高。
芯片測(cè)試主要分為Wafer Sort（WS，晶圓測(cè)試）、Partial Assembly（PA，部分封裝）、Final Test（FT，成品測(cè)試）、System Level Test（SLT，系統(tǒng)級(jí)測(cè)試）四個(gè)階段，當(dāng)然晶圓測(cè)試、成品測(cè)試完成后并不代表結(jié)束，測(cè)試是貫穿汽車電子全產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)。
對(duì)芯片來(lái)說(shuō)，如果很多問(wèn)題在晶圓測(cè)試階段就能檢測(cè)出來(lái)，到了成品測(cè)試時(shí)就不需要再去檢測(cè)，這種測(cè)試前移和后移就指的就是“FLEX Test”。
對(duì)汽車芯片來(lái)說(shuō)，一顆芯片售價(jià)中，測(cè)試成本始終與封裝、工藝成本相比占比較小，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題越早，就能把測(cè)試項(xiàng)從最終測(cè)試前置，省掉封裝成本。“因此，從成本角度來(lái)說(shuō)，能不能前移多一點(diǎn)，這就要求機(jī)臺(tái)本身有非常好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，同時(shí)測(cè)試能力和覆蓋率能夠達(dá)到這樣的要求，才有可能實(shí)現(xiàn)FLEX Test。”Felix Huang如是說(shuō)。
當(dāng)然，測(cè)試本身也沒(méi)有那么簡(jiǎn)單，整個(gè)流程需要不斷測(cè)量和分析數(shù)據(jù)才能知道哪些項(xiàng)目能夠前移，F(xiàn)LEX Test背后擁有不同的邏輯，從來(lái)沒(méi)有固定的答案，必須考慮哪個(gè)階段測(cè)量什么測(cè)試項(xiàng)才能形成最優(yōu)解，針對(duì)不同公司、不同芯片做不同分析。
但實(shí)際，多數(shù)情況IC設(shè)計(jì)人員與ATE測(cè)試人員隔行如隔山，溝通過(guò)程或許存在不可避免的代溝。泰瑞達(dá)的專用軟件工具PortBridge就是解決這種問(wèn)題，為雙方搭建起溝通橋梁，一面是測(cè)試機(jī)，另一面是EDA工具；IC設(shè)計(jì)人員操作EDA工具，即可直接控制測(cè)試機(jī)進(jìn)行晶圓測(cè)試或者成品測(cè)試，根據(jù)結(jié)果實(shí)時(shí)在線調(diào)優(yōu)，同時(shí)也可以藉由PortBridge工具通過(guò)ATE直接訪問(wèn)每個(gè)IP并進(jìn)行調(diào)試，加速IP與整個(gè)芯片融合。
2. 流程：用自動(dòng)化、智能化的工具減少人為問(wèn)題
從1995年到2020年，芯片功能愈加復(fù)雜，測(cè)試程序復(fù)雜度隨之增大，早期一顆SoC芯片可能擁有200個(gè)測(cè)試項(xiàng)，代碼量約一兩千行，一個(gè)或幾個(gè)測(cè)試工程師就能完成測(cè)試工作。而現(xiàn)在則至少擁有2萬(wàn)行代碼，代碼量達(dá)到幾個(gè)到幾十個(gè)Giga的水平，開(kāi)發(fā)測(cè)試程序基本都是由團(tuán)隊(duì)協(xié)作開(kāi)發(fā)，最后整合調(diào)試。
因此，在這樣的進(jìn)化過(guò)程中，為了減少開(kāi)開(kāi)發(fā)周期，加速產(chǎn)品上市，就需要整個(gè)流程擁有自動(dòng)化、智能化的工具，減少因?yàn)槿藶橐蛩貛?lái)的問(wèn)題。
泰瑞達(dá)則有不同的軟件支持，其中IG-XL軟件則是ATE行業(yè)中口碑最好的開(kāi)發(fā)軟件之一，該軟件兼具實(shí)用性、易用性和穩(wěn)定性。
基于IG-XL軟件，泰瑞達(dá)還擁有一款輔助工具Oasis，可以幫助檢測(cè)開(kāi)發(fā)代碼質(zhì)量，比如在Offline階段運(yùn)行Oasis工具，可以自動(dòng)檢測(cè)不同工程師的代碼有沒(méi)有寫錯(cuò)，有沒(méi)有冗余。
多人開(kāi)發(fā)方面，泰瑞達(dá)內(nèi)部擁有全流程管理系統(tǒng)DevOps（Development Operation），該系統(tǒng)自2020年開(kāi)始引入，這是一個(gè)完全自動(dòng)化的系統(tǒng)，比如說(shuō)，工程師開(kāi)始開(kāi)發(fā)一個(gè)測(cè)試程序時(shí)，從Offline階段就會(huì)自動(dòng)調(diào)用Oasis中的Offline檢測(cè)工具，生成報(bào)告，將問(wèn)題發(fā)到相關(guān)工程師郵箱，直到把報(bào)告中問(wèn)題全部修復(fù)以后，才會(huì)進(jìn)入到下一個(gè)階段。
3. 工具：實(shí)時(shí)、可預(yù)測(cè)、智能的分析
對(duì)測(cè)試整個(gè)流程來(lái)說(shuō)，流動(dòng)在其中的“血液”便是數(shù)據(jù)，不同工藝中，不同的控制按鈕、不同的變量和不同的參數(shù)都會(huì)流向ATE測(cè)試機(jī)，除了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)（一般來(lái)說(shuō)有兩種格式STDF和TEMS），F(xiàn)ab可以根據(jù)實(shí)際反饋的數(shù)據(jù)，來(lái)調(diào)整工藝參數(shù)，優(yōu)化工藝流程。
歸根結(jié)底，零質(zhì)量缺陷的支撐點(diǎn)就是海量數(shù)據(jù)，要想讓這些數(shù)據(jù)真正產(chǎn)生作用，就要做到實(shí)時(shí)性、可預(yù)測(cè)性、智能性的分析。尤其對(duì)車規(guī)芯片來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)則更為重要。
泰瑞達(dá)的UltraEDGE便是配套的服務(wù)器，它內(nèi)部既包含自建的FDE（故障檢測(cè)引擎，F(xiàn)ault Detect Engine）工具，也可安裝第三方數(shù)據(jù)分析軟件，如OptimalPlus、PDF數(shù)據(jù)管理軟件，在其中進(jìn)行加密和機(jī)器學(xué)習(xí)，對(duì)抓到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，把潛在缺陷反饋給Foundry，最終提升良率，降低成本。
FDE是泰瑞達(dá)已經(jīng)推出的一款大數(shù)據(jù)分析軟件，它可以將前面測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并比較原有測(cè)試結(jié)果。早期，它采用的是Static PAT（SPAT），現(xiàn)在車規(guī)更多采用的是Dynamic PAT（DPAT），即動(dòng)態(tài)分析。
值得一提的是，泰瑞達(dá)在3年前就成立了專門的研究團(tuán)隊(duì)，研究AI怎樣加速測(cè)試結(jié)果分析，同時(shí)在Ultra EDGE Server、FD Engine、Oasis輔助工具中都使用了AI技術(shù)。
解決車規(guī)芯片的測(cè)試難題
如今芯片密度在跟隨摩爾定律不斷膨脹，極速的制程演進(jìn)也會(huì)為汽車芯片測(cè)試帶來(lái)更多挑戰(zhàn)。根據(jù)泰瑞達(dá)亞太區(qū)銷售副總裁Richard Hsieh的分享，過(guò)去半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備發(fā)展，可以分為三個(gè)階段。
1990年~2000年，是功能時(shí)代，制程工藝集中在0.8μm~0.13μm，芯片搭載功能越來(lái)越多，傳統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)逐漸被淘汰；2000年~2015年，是效率時(shí)代，隨著工藝從0.13μm發(fā)展到14nm，并行測(cè)試需求擴(kuò)大，4工位、8工位測(cè)試成為標(biāo)配；2015年至今，是新興時(shí)代，制程工藝步入3nm，此時(shí)單純的芯片測(cè)試只是基礎(chǔ)性功能，trim（微調(diào)）等更多復(fù)雜性功能成為標(biāo)配，這些功能可以有效減少設(shè)計(jì)時(shí)間、提高產(chǎn)品良率。
現(xiàn)在，行業(yè)正向1nm演進(jìn)，也在探索如何在CMOS的制程里制造出數(shù)字或“數(shù)字+混合信號(hào)+RF”，相對(duì)應(yīng)的，也向測(cè)試端提出更快的測(cè)試速度、更低的測(cè)試成本和更快的上市時(shí)間等要求。
“測(cè)試產(chǎn)業(yè)是一個(gè)重資本投資的產(chǎn)業(yè)，怎樣在投資上獲得很好的回報(bào)是關(guān)鍵問(wèn)題。”Richard Hsieh表示，多數(shù)人在做資本采購(gòu)時(shí)，都會(huì)算固定折舊，當(dāng)直接成本被折舊抵消，其中大部分就是間接成本。所以對(duì)機(jī)臺(tái)來(lái)說(shuō)，怎樣設(shè)計(jì)讓它能夠提高它的產(chǎn)品生命周期，以及利用率都是重要的課題。
泰瑞達(dá)針對(duì)汽車電子市場(chǎng)進(jìn)行了多元化布局。公司旗下的J750、UltraFLEX、EAGLE等產(chǎn)品可以幫助客戶降低工程成本，提升系統(tǒng)魯棒性，同時(shí)用更少的測(cè)試單元提供更高產(chǎn)出，并加大良率把控，為客戶提供質(zhì)量保障和成本有優(yōu)勢(shì)。
泰瑞達(dá)從1990年到2025年都推出了不同的平臺(tái)，令人驚喜的是，一些客戶現(xiàn)在都還在用在90年代推出的機(jī)臺(tái)，尤其1995年推出的J750，現(xiàn)在還有很多客戶都在使用量產(chǎn)。
當(dāng)然，這也并非說(shuō)明J750一成不變，20年以來(lái)，它已經(jīng)經(jīng)過(guò)了三代升級(jí)，每一代板卡密度都在翻番，與此同時(shí)，電源模塊也在不斷跟進(jìn)，隨著需求不同增長(zhǎng)，升級(jí)速度也開(kāi)始逐漸縮短。為什么J750如此經(jīng)久耐用，實(shí)際上，它自推出設(shè)計(jì)指標(biāo)覆蓋就非常廣泛，穩(wěn)定性指標(biāo)MTBF（Mean Time Between Failure）也非常好，可以做到運(yùn)行一年一塊板卡也不壞。按照利用率來(lái)推算時(shí)間，可以達(dá)到8760個(gè)小時(shí)。
UltraFLEXplus平臺(tái)于2019年推出，其設(shè)計(jì)生命周期是20年，中間小版本升級(jí)是5年，當(dāng)然其大框架方向是不變的，泰瑞達(dá)在設(shè)計(jì)平臺(tái)之初，就按照一個(gè)開(kāi)放、可升級(jí)、可進(jìn)化的框架進(jìn)行。
對(duì)于測(cè)試來(lái)說(shuō)，實(shí)質(zhì)上無(wú)論車載芯片、工業(yè)芯片，對(duì)于測(cè)試機(jī)供應(yīng)商的廠商來(lái)說(shuō)，測(cè)試本質(zhì)并沒(méi)有發(fā)生變化，那么車規(guī)芯片測(cè)試究竟有有什么不同？
Felix Huang表示，對(duì)泰瑞達(dá)來(lái)說(shuō)，車規(guī)芯片和工業(yè)芯片測(cè)試設(shè)備都類似，唯一不一樣是后面的數(shù)據(jù)處理，比如UltraEDGE、FD Engine統(tǒng)計(jì)分析，芯片測(cè)試要求提高了，不只是看性能規(guī)格測(cè)試，而是要看它的統(tǒng)計(jì)分布、每個(gè)晶圓上的物理分布、最低良率要求、每個(gè)溫度下的要求，這些都需要大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行支持。
目前為止，泰瑞達(dá)已經(jīng)利用FD Engine幫助國(guó)內(nèi)幾家國(guó)產(chǎn)芯片設(shè)計(jì)公司，包括細(xì)分領(lǐng)域龍頭，實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)試過(guò)程變化。泰瑞達(dá)已扎根中國(guó)20多年，未來(lái)，除了持續(xù)在國(guó)內(nèi)大方向上發(fā)展，汽車也是重要方向。
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