芯片生命周期管理的元素和阶层

来源：西门子

今天的半导体行业的发展逐渐呈现出工艺技术节点缩小、设计规模扩大、系统级规模扩宽等趋势。 想要在半导体市场中保持竞争力，需要面对诸多挑战，这些挑战涵盖了从概念到设计、制造和部署的整个 IC 生命周期，一套可以在芯片生命周期内提供全面可见性的解决方案势在必行。

西门子提出芯片生命周期解决方案 (silicon lifecycle solutions, SLS)。 SLS 建立了一种整体方法，能够帮助半导体公司改进现有的工艺，SLS 平台可以从芯片及芯片生产的相关工艺中收集数据，并挖掘潜在数据，从而在需要的时间和地点提供可操作的信息：例如，先进的 DFT 技术可提高 IC 质量，优化测试效率，并实现诊断驱动的良率分析 (Diagnosis Driven Yield Analysis)；SLS 解决方案在此基础上更进一步，使用片上硬件和 DFT 逻辑来监视和评估电路行为，并收集馈入到“fab-to-field”优化循环的数据。

SLS 的另一关键组件是嵌入式功能监视器。它们采集可管理形式的相关数据，然后在必要时制定和实施局部响应：例如，汽车安全关键设备中使用的半导体必须确保可靠性、安全以及免遭网络攻击影响的安全性。使用 SLS 作为框架，可以在汽车 SoC 的整个寿命期内对其进行监视和评估。

芯片生命周期管理的元素

SLS 涵盖了传统的半导体价值链——设计、制造、测试和bring-up。它同时还深入到设备的部署阶段：提供信息以方便客户更轻松地将设计导入设备并推出最终产品，通过支持不间断的现场监控来实现现场预防性维护，以及确保设备在进行现场升级后继续保持高性能。它将设备制造商的信息前馈到 OEM 客户和最终用户，并将现场信息反馈到半导体概念和生产工艺。

要发挥 SLS 的优势，需要两个基本元素：

·      半导体架构师需要纳入设计增强（design augmentations），用于从芯片收集数据并推动其余工艺的发展。

·      SLS 需要多方协作，将半导体 IP 提供商、芯片开发商、制造设施、OEM、服务公司以及数据库和分析提供商整合到一起。

在工艺的“前端”，片上数据源包括 DFT 逻辑、参数化监视器和功能监视器。所有传感器、监视器和 DFT 逻辑都会产生大量数据——即使拥有出色的分析能力也会应接不暇。优异的监控基础设施充分考虑了这一点，它利用可在运行时配置的监视器仅采集感兴趣的数据，结合数据压缩技术，并纳入快速外部连接来将数据移至片外。

作为完整 SLS 平台的一个示例，图下展示了涵盖整个半导体价值链的 Siemens EDA工具组合。

该平台具有四个不同的阶层：

评估、监视和管理：该层包括构成 SLS 平台基础的传感器和监视器，收集可在生命周期各个阶段使用的系统相关数据。其中包括用于识别结构缺陷和退化的 DFT 逻辑，以及用于观察芯片子系统之间以及芯片与嵌入式软件之间交互的功能监视器（嵌入式分析）。这些功能可以帮助设计人员智能地监视、了解和控制任何片上结构的活动——包括定制逻辑、互连和 CPU 核心，进而全面了解芯片系统，并提供智能化数据筛选和实时线速操作。

快速分析：该层是一个低延迟响应的嵌入式决策引擎，用于在极短的时间内检测、认知和响应威胁。在一些最终应用中，快速反应时间至关重要——尤其是涉及交通或数据中心等存在安全性、安全和隐私等问题。例如，在自动驾驶汽车应用中，系统可以检测摄像头馈入中的卡顿像素，并让主 CPU 决定采取何种行动。

数据库层：第三层包含的应用程序在不同的生命周期阶段，收集和存储由片上监控 IP生成的大量数据。这就涉及到来自多个供应商和来源的数据——从设计到制造、运营甚至是淘汰不一而足。基于这一认识，开放 API、合作伙伴关系、联盟能力以及参与相关标准组织，都是取得成功的关键因素。

应用程序层：通过使用来自芯片系统的数据，可以启用或增强许多应用程序。例如用于失效诊断和根本原因分析、测试bring-up、调试和芯片特征提取，以及硬件加速仿真和调通中的全系统调试的应用程序。

半导体的新趋势带来了全新的挑战和创新的解决方案。下一代 SoC 面向的是具备更高可靠性、高性能以及安全性的电子系统。西门子的产品生命周期管理 (PLM)解决方案覆盖从设计、实现、部署和现场服务，一直到报废活动（如最终处置）的整个生命周期。 如今，为这些电子产品供电的 IC 也采用了相同级别的审查——芯片生命周期管理（STS）解决方案即是这一实践的代表，其包括功能、结构和参数化监控、分析硬件和软件（片上和云端），并且致力于开发开放接口，强化合作伙伴关系、联盟能力并参与适当标准的制定工作，将产品生命周期管理应用到半导体价值链，并将其与生态系统相融合，为半导体产业赋以新的增长动力和创新价值。

审核编辑：汤梓红