藏在芯片里的“維修大師”：新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案如何拯救百萬美元損失？

新思科技(Synopsys) TestMAX? SMS MEMORY BIST方案是一款全面的集成測試、修復與診斷解決方案，支持任意代工廠或工藝節點下可修復或不可修復的嵌入式存儲器。該方案已在超過10億顆芯片中通過硅驗證，覆蓋多種工藝節點，是提升先進工藝中制造缺陷的測試質量與修復效率的高性價比解決方案。

獲得TestMAX? SMS MEMORY BIST方案授權的SoC設計人員、芯片集成商以及領先代工廠，無論身處汽車、物聯網，還是企業級和消費類應用領域，除了能得到出色的產品方案性能外，還能靈活享受額外的咨詢服務，涵蓋存儲器自測試(BIST)的規劃、生成、植入和驗證階段。

TestMAX? SMS MEMORY BIST方案里有什么？

新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案具備高度自動化的設計實現與診斷流程，包括Silicon Browser(硅瀏覽器)和Yield Accelerator(良率加速器)，能幫助SoC設計人員快速完成設計收尾，顯著縮短產品上市時間和量產良率達標時間。值得一提的是，TestMAX? SMS MEMORY BIST方案還通過了獨立認證機構SGS-TUV Saar GmbH的認證，符合ISO 26262 汽車功能安全標準。

此外，該方案還包含經過優化的測試算法，專門用于提高嵌入式閃存(e-flash)和嵌入式磁阻存儲器(eMRAM)缺陷的覆蓋率，例如在14/16納米和7納米FinFET等更先進工藝節點中常見的工藝偏差和電阻性故障，使其能夠應用于物聯網場景。

更難能可貴的是，TestMAX? SMS 也提供針對Memory顆粒和SoC Die合封之后針對DDR/HBM 存儲顆粒FT和SLT at-speed測試, 這個方案對ADAS，服務器和數據中心的高可靠性芯片設計需求至關重要。

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：

• 可綜合的測試與修復寄存器傳輸級 SMS MBIST(RTL)IP

• TestMAX? SMS RTL 流程：自動化測試與修復RTL IP的規劃、生成、植入和驗證流程

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

• TestMAX? SMS MEMORY BIST Silicon Browser：通過個人電腦或工作站提供交互式存儲器硅調試功能

• ECC (糾錯碼) Compiler：自動生成適用于單端口和多端口SRAM存儲器的ECC Verilog代碼、測試平臺和腳本

• DDR/HBM DRAM BIST：通過JTAG為 DDR、LPDDR和HBM等外置存儲器提供高覆蓋率、高性價比的測試方案，可選配封裝后修復(PPR)和診斷功能，支持量產階段或現場測試

• CAM (內容可尋址存儲器) BIST：支持專用內容可尋址存儲器，如二進制CAM、三態 CAM和XYCAM，并兼容常見CAM功能

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

從產品性能角度來說，行業可靠性最高最全的Memory測試算法和低面積成本靈活的可編程測試算法支持確保了測試質量，極速的Memory 并行repair 技術為低功耗移動設備提供最好的開機速度和電池續航使用體驗，PhysicalAware 7層診斷信息助力良率的快速提升和全自動化的TestMAX? SMS flow和智能化的MMB(Multiple Memory Bus) structure tracing flow 在提升項目執行的生產力同時可以把MBIST 面積開銷減少到2~3%，是TestMAX? SMS MEMORY BIST方案具備的標志性特點。

例如，借助預配置的測試總線，TestMAX? SMS MEMORY BIST方案可對高性能處理器內核進行全速測試與修復。該測試總線能在測試模式下訪問內核內部的存儲器，并通過共享的多存儲器總線(MMB)執行測試，同時將存儲器測試與修復邏輯置于IP內核外部，避免對處理器內核性能造成影響(見圖1)。

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

但很顯然，僅有出色的產品性能是遠遠不夠的。為讓所有存儲器開發者都能使用TestMAX? SMS MEMORY BIST方案，新思科技還推出了一種專門的存儲器描述語言——MASIS。這樣一來，MASIS語言配合MASIS編譯器，就可簡化并自動化TestMAX? SMS MEMORY BIST方案所使用的存儲器視圖的創建與驗證流程。通過為TestMAX? SMS MEMORY BIST方案提供開放接口，無論用戶是否選擇使用新思科技的存儲器，都能充分發揮該系統的價值(見圖2) 。

圖2：新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案解決方案有助于挽回價值數百萬美元的芯片損失，降低測試成本，并縮短量產時間

加速釋放TestMAX? SMS MEMORY BIST方案的應用潛能

對開發人員來說，當產品設計從首顆硅片向量產過渡時，如何能夠快速、經濟且精準地識別、分析、隔離和分類存儲器故障，一直是從業者關心的核心問題。

依托新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案的基礎架構，良率加速器可自動生成測試設備所需的向量，并基于硅片測試結果提供故障分析及根本原因排查指導。借助這一功能，測試工程師和產品工程師無需依賴IP供應商或SoC設計人員，就能快速分析嵌入式存儲器中出現的故障，查看每個故障的物理位置和類別，從而確定根本原因。

接下來，TestMAX? SMS MEMORY BIST方案內置的自診斷模塊會開啟片上自修復功能。與復雜的外部修復流程不同，SMS MEMORY BIST方案的片上修復是完全自動化的，自診斷模塊會確定存儲器缺陷的位置，并通過掃描輸出故障數據為硅片調試提供錯誤日志。在測試具有冗余設計且存在故障的存儲器時，內置的修復與冗余分配模塊會識別可用的冗余元件，并確定最優的冗余配置方案。

然后，通過將時序關鍵型測試與修復邏輯固化在存儲器硬核宏中，新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案實現了與新思科技嵌入式存儲器編譯器的獨特集成。將時序關鍵型測試與修復邏輯優化放置在存儲器附近，有助于加快設計收斂速度、提升性能、優化面積并降低功耗。

另一方面，TestMAX? SMS MEMORY BIST方案硅瀏覽器具備先進的自動化功能，可通過JTAG端口與芯片中TestMAX? SMS MEMORY BIST方案的基礎架構進行交互式通信，用于硅片流片后的啟動、系統調試、嵌入式存儲器的診斷與特性分析。硅瀏覽器的獨特功能支持從工程師的桌面端全面提取存儲器內容、進行多角落和多電壓特性分析、實現精確的物理故障定位、缺陷分類以及冗余利用分析，且無需依賴昂貴的自動測試設備。

實戰，是檢驗產品的唯一標準

讓我們以汽車芯片測試為例，來看一看新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案是如何在生產環節和實際使用中測試汽車芯片，以確保其性能符合預期的。

眾所周知，近年來，汽車芯片已成為半導體行業中規模最大、復雜度最高的芯片之一。高級駕駛輔助系統(ADAS)需集成多種傳感器數據并實時分析。人工智能(AI)技術的廣泛應用正推動自動駕駛市場的發展。控制核心駕駛功能的芯片必須杜絕因制造缺陷導致的故障，其生產測試需實現低于百萬分之一(DPPM)的缺陷率。  

汽車芯片還必須避免因嚴苛環境或硅老化引發的故障。即使車輛高速行駛時，片上自檢系統也需實時檢測并妥善處理故障。內置自測試(BIST)方案需同時覆蓋邏輯(LBIST)和存儲器(MBIST)。鑒于AI的計算需求及汽車市場的競爭性，測試系統必須對芯片的功耗、性能和面積(PPA)影響最小化。  

汽車芯片需滿足多項行業標準，包括功能安全(FuSa)標準ISO 26262。芯片中通常需集成糾錯碼(ECC)和三模冗余(TMR)等安全機制以檢測現場故障。所有測試邏輯即使在最惡劣環境下也需可靠運行，包括對自身功能的故障檢測。軟件功能安全支持則確保一旦檢測到不可恢復故障，車輛能安全?？恐林付ㄎ恢?。

汽車芯片測試挑戰

完整的汽車芯片測試方案包含多項要素，部分由ISO 26262強制要求。例如，該標準定義了單點故障度量(SPFM)并要求計算此指標。合規還需對寄存器傳輸級(RTL)設計或門級網表進行靜態功能安全分析，且分析必須高效以避免影響項目進度。分析結果可能引發設計變更以提升功能安全。  

標準還要求采用高精度故障模擬技術，確保高概率捕獲制造缺陷。除快速模擬外，需采用超越傳統單固定故障(SSF)的先進模型，包括過渡、路徑延遲、保持時間、基于松弛、靜態橋接、動態橋接、單元感知及IDDQ模型。功能模擬到故障模擬的轉換必須無縫銜接，避免偽失配。  

測試邏輯結構(如LBIST、MBIST、ECC、處理器接口及測試訪問端口TAP調試)的插入需最大限度減少人工干預。由于片上內存有限，這些結構還需支持外部DRAM和高速內存接口的全速測試。此類功能可通過成熟IP庫和可測試性設計(DFT)工具自動實現。 

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? 測試自動化套件。結合VC功能安全管理器，它提供ISO 26262要求的所有可測試性分析、自動插入測試結構、運行測試模式生成(ATPG)，并將模式轉換為產線所需要的格式。  

該方案的LBIST功能支持多樣化應用，包括：  

• 上電自檢(POST)：系統內測試控制器執行預編程或固化間隔，處理通過/失敗判定  

• 系統內測試(IST)：CPU可編程測試間隔，由安全管理器直接管理或通過本地內存更新數據  

• 系統內調試測試(ISDT)：通過IEEE Std 1687/1500網絡實現外部TAP訪問  

• 生產測試：確定性掃描模式生成，支持額外掃描通道提升測試吞吐量  

方案提供開箱即用的腳本，覆蓋測試規劃、生成、插入與驗證全流程。其中，TestMAX? SMS硅瀏覽器支持硅后啟動、調試、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器測試、修復與診斷集成方案。

圖3：TestMAX? SMS MEMORY BIST方案不僅能進行測試和診斷，還具備實際修復存儲器的能力

結語

新思科技TestMAX? SMS MEMORY BIST方案以全面的集成測試、修復與診斷能力為核心，憑借自動化流程、多樣化功能及對多領域標準的合規性，有效滿足了汽車、物聯網等場景對半導體產品在性能、安全性和可靠性上的嚴苛需求。無論是加速設計周期、提升量產良率，還是應對復雜的測試挑戰，其都展現出強勁的技術支撐力，未來將持續助力半導體產業鏈在技術進階與應用拓展中突破前行。