近年來，隨著摩爾定律的放緩，多芯片系統(tǒng)（Multi-die）解決方案嶄露頭角，為芯片功能擴(kuò)展提供了一條制造良率較高的路徑。

多芯片系統(tǒng)是將多個專用功能芯片（或小芯片）封裝為完整的一體。為了實現(xiàn)更高的布線密度和帶寬流量，封裝技術(shù)已發(fā)展到基于硅中介層（帶有TSV）或硅橋以及最近的重新分配層（RDL）來創(chuàng)建新的高級封裝扇出和高清基板。

多芯片系統(tǒng)還能使產(chǎn)品SKU在性能擴(kuò)展方面更加靈活，以滿足不同的市場需求，通過在同一產(chǎn)品中混合和匹配各種工藝節(jié)點(diǎn)來優(yōu)化每個功能的工藝節(jié)點(diǎn)，加快了上市時間并降低了風(fēng)險。

但是多芯片系統(tǒng)的設(shè)計是一項充滿挑戰(zhàn)的任務(wù)，它需要芯片工程師具備多個領(lǐng)域的專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗。

多芯片系統(tǒng)成功的關(guān)鍵：保證可測試性

多芯片系統(tǒng)成功的關(guān)鍵之一是在各種制造和組裝階段保證系統(tǒng)的可測試性，同時確保在實際應(yīng)用中可靠運(yùn)行。因為需要采取額外的組裝步驟和更復(fù)雜的焊球以及封裝技術(shù)，多芯片系統(tǒng)所需的測試和可靠性程序超越了傳統(tǒng)單一的設(shè)計。

因此，我們需要先對裸片進(jìn)行測試，以確保在封裝之前就發(fā)現(xiàn)所有有缺陷的芯片。如果在組裝后才檢測到有缺陷的芯片，那整個多芯片系統(tǒng)就要被廢棄，這將嚴(yán)重影響成本。

這個測試裸片的過程被稱為“已知良好芯片”（KGD）測試。

實際的組裝過程會因所選擇的封裝技術(shù)而有所不同。

例如，“芯片優(yōu)先（chip-first）”技術(shù)是先放置芯片然后在其上構(gòu)建互連，這種方式無法進(jìn)行“已知良好封裝”的測試，如果互連出現(xiàn)故障，可能會導(dǎo)致好的芯片被廢棄。

反過來，還有一種“芯片后置（chip-last）”技術(shù)，先單獨(dú)構(gòu)建互連，然后將芯片裝配在其頂部，這可以在組裝之前進(jìn)行封裝預(yù)測試，從而降低良好芯片被廢棄的可能性。

多芯片系統(tǒng)可測試性解決方案可以分為幾個方面：

芯片內(nèi)單個模塊的測試覆蓋率

單個芯片（裸芯片）的測試覆蓋率

封裝系統(tǒng)的測試（芯片到芯片覆蓋率）

訪問裸片中的測試網(wǎng)絡(luò)

組裝后對測試網(wǎng)絡(luò)的分層訪問

使用UCIe IP確保多芯片系統(tǒng)的可靠性

UCIe作為新的接口標(biāo)準(zhǔn)，讓多芯片系統(tǒng)間的通信更加流暢，使得各個組件之間能夠更有效地交換信息。

作為全球領(lǐng)先的EDA廠商，新思科技提供全面且可擴(kuò)展的多芯片系統(tǒng)解決方案，包括 EDA 和 IP，用于快速異構(gòu)集成。為了實現(xiàn)安全可靠的芯片間連接，新思科技提供了完整的 UCIe 控制器、PHY 和驗證 IP 解決方案。

作為 SLM 和測試系列的一部分，新思科技可同時提供完整的UCIe監(jiān)控、測試和修復(fù) (MTR) 解決方案與STAR分層系統(tǒng) (SHS) 解決方案。

其中，MTR 解決方案包括用于測量 UCIe 通道信號質(zhì)量的信號完整性監(jiān)視器、用于自檢的 BIST 以及用于冗余通道分配的修復(fù)邏輯；而SHS解決方案則充當(dāng)支持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 1687、IEEE 1149.1、IEEE 1838 接口的連接結(jié)構(gòu)。這一完整的解決方案能夠在芯片生命周期的所有階段對 UCIe 進(jìn)行高效且經(jīng)濟(jì)高效的健康監(jiān)控。

UCIe IP的使用為確保多芯片系統(tǒng)可靠性提供了一種綜合的可測試性解決方案。接下來，我們就來探討一下這種方案的優(yōu)勢。

UCIe接口的DFT

UCIe接口的設(shè)計可測試性（DFT）是在裸芯片測試階段，通過在UCIe IP中實施廣泛的可測試性功能，達(dá)到識別并剔除有缺陷的芯片。

這些全面且強(qiáng)大的測試性功能極大地提高了UCIe接口的測試覆蓋率，具體包括：全面覆蓋所有合成數(shù)字電路的掃描鏈、專門用于模塊特定的內(nèi)置自測試（BIST）功能、環(huán)回內(nèi)置自測試 (BIST) 功能，涵蓋直至 IO 引腳的完整信號鏈，以及可編程偽隨機(jī)二進(jìn)制序列（PRBS）和用戶定義的測試模式生成器和檢查器。這還包括錯誤注入功能，它可以精確地模擬并消除錯誤，提高系統(tǒng)的魯棒性。

除了以上的單芯片測試，UCIe接口的設(shè)計還覆蓋了組裝后的系統(tǒng)內(nèi)測試，包括：遠(yuǎn)端（芯片到芯片）BIST環(huán)回功能，用于測量、分析和修復(fù)通道的芯片到芯片鏈接BIST、二維眼圖邊緣分析以及各個通道測試和修復(fù)功能。

通過這種方式，UCIe接口的設(shè)計可測試性（DFT）解決方案，無論是在單芯片還是在多芯片系統(tǒng)層面，都能夠提供高水平的測試覆蓋范圍，從而確保其可靠性。

解決高級封裝挑戰(zhàn)：UCIe測試和修復(fù)的應(yīng)用

先進(jìn)封裝可通過在硅或 RDL 中介層上進(jìn)行細(xì)間距、微凸焊點(diǎn)以實現(xiàn)高密度布線。然而，在組裝過程中，一些微凸焊點(diǎn)連接可能無法很好地形成，甚至可能會損壞。不過，不必?fù)?dān)心，UCIe可以在組裝完成后對這些連接進(jìn)行測試和修復(fù)，以挽回潛在的良率損失。

這些UCIe的測試和修復(fù)工作主要是在生產(chǎn)測試和鏈路初始化階段進(jìn)行的。具體來說，在測試階段，它們會以較低的速度對每一個獨(dú)立的鏈路進(jìn)行缺陷檢查，一旦發(fā)現(xiàn)有缺陷的鏈路，就通過將數(shù)據(jù)重新路由到UCIe標(biāo)準(zhǔn)預(yù)定義的備用鏈路來進(jìn)行修復(fù)。

為了滿足高級封裝技術(shù)的需求，UCIe每個方向最多可配置8個備用引腳（發(fā)送和接收），這為所有功能鏈路的修復(fù)提供了可能：

4個備用引腳，用于數(shù)據(jù)引腳修復(fù)，每組32個數(shù)據(jù)引腳中有2個備用引腳

1個備用引腳，用于時鐘和跟蹤引腳修復(fù)

3個備用引腳，分別用于有效引腳、邊帶數(shù)據(jù)引腳和時鐘數(shù)據(jù)引腳修復(fù)

當(dāng)芯片間鏈路上沒有數(shù)據(jù)傳輸時，UCIe就會進(jìn)行這些測試和修復(fù)工作。修復(fù)完成并初始化鏈路后，假設(shè)鏈路狀態(tài)良好，數(shù)據(jù)可以順利通過。而生成的物理層（PHY）配置（也被稱為PHY修復(fù)簽名）則會存儲在鏈路兩端的內(nèi)部寄存器中。

然而，我們需要注意的是，如果我們在協(xié)議級別發(fā)現(xiàn)誤碼率 (BER)增加，甚至出現(xiàn)了數(shù)據(jù)丟失，就說明微凸焊點(diǎn)的特性發(fā)生了老化或退化。在這種情況下，預(yù)計鏈路將中斷并執(zhí)行新的測試和修復(fù)步驟。

有些應(yīng)用對芯片間鏈路上的流量連續(xù)性有嚴(yán)格的要求，針對這些情況，可測試性解決方案在每個UCIe接收器引腳中加入了信號完整性監(jiān)視器（SIM）。



圖1：使用內(nèi)置備用鏈接進(jìn)行鏈接修復(fù)

信號完整性監(jiān)視器與UCIe PHY修復(fù)機(jī)制的協(xié)同作用

信號完整性監(jiān)視器（簡稱SIM），是一種嵌入在接收器內(nèi)部的微小模塊。在設(shè)備的正常運(yùn)行過程中，它會不斷檢測接收器引腳接收到的信號，以便發(fā)現(xiàn)信號特性的任何變化。這些變化可能會對鏈接的性能產(chǎn)生影響，或者表示鏈接有潛在風(fēng)險，可能在不久的將來會出現(xiàn)問題。

每個傳感器收集到的數(shù)據(jù)會被送到接口之外的一個監(jiān)控、測試和維修（MTR）控制器中進(jìn)行更深入的分析和處理。當(dāng)把來自多個UCIe鏈接的數(shù)據(jù)整合起來時，我們能夠立刻洞察到多芯片系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并且能夠?qū)嵤╊A(yù)測性的鏈接維護(hù)。

如果通過這一過程預(yù)見到某個特定鏈接可能會出現(xiàn)故障，則可以利用UCIe PHY的修復(fù)機(jī)制將其關(guān)閉，并將數(shù)據(jù)重新指向一個備用鏈接，整個過程甚至都不會中斷數(shù)據(jù)的傳輸。



圖2：UCIe鏈路的健康監(jiān)控解決方案

利用UCIe PHY加快喚醒時間

雖然在大多數(shù)芯片間接口的案例中（例如在服務(wù)器分割或擴(kuò)展中），數(shù)據(jù)流量模式在運(yùn)行期間是穩(wěn)定的，但在特定情況下，也可能會出現(xiàn)異常。在這種情況下，最好在沒有流量時將接口置于低功耗模式以節(jié)省電量。通過避免測試和修復(fù)過程并依賴在先前 PHY 初始化期間創(chuàng)建的 UCIe PHY 修復(fù)簽名，可以加速鏈路重新初始化。

這個概念可以進(jìn)一步擴(kuò)展到芯片完全斷電的情況。在這些情況下，從 PHY 檢索 PHY 修復(fù)簽名并將其存儲在片上永久存儲器（閃存的 eFuse）上。存儲器可以存儲多個簽名，涵蓋不同的用例或條件，從而實現(xiàn)額外的用戶靈活性。

使用UCIe加速芯片測試

測試時間是非常寶貴的，通過分層劃分測試策略，同時進(jìn)行不同芯片的測試，可以加快測試時間。通過分層連接兩個芯片的測試基礎(chǔ)設(shè)施，可以將層次結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到多芯片系統(tǒng)中的多個芯片。這種方法允許從主芯片中的單個JTAG（或類似）測試接口訪問多芯片系統(tǒng)中的所有芯片。

通常，將測試向量加載或讀取到芯片中所需時間會成為縮短整體的測試時間的瓶頸。為了克服這一限制，設(shè)計人員可以使用現(xiàn)有的高速接口，例如PCI Express (PCIe)或USB等作為測試設(shè)備的接口。測試向量和命令針對該接口進(jìn)行打包，并在生產(chǎn)測試階段在芯片上進(jìn)行解包。

許多芯片沒有高速接口，但是，在測試期間，可以使用 UCIe 芯片間接口在芯片之間高速傳輸大型測試向量和命令。UCIe芯片間接口將高速 DFT 訪問擴(kuò)展到整個多芯片系統(tǒng)，而無需增加引腳數(shù)量，這對于 IO 和面積有限的芯片尤其重要。

總結(jié)

綜上，除了UCIe芯片間接口之外，實現(xiàn)所有這些測試和可靠性增強(qiáng)功能的共同點(diǎn)是可以連接所有內(nèi)部模塊的測試、修復(fù)和監(jiān)控結(jié)構(gòu)。新思科技提供的UCIe控制器、PHY和驗證IP解決方案，就像一只錨，確保了整個多芯片系統(tǒng)設(shè)計過程和最終產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。它不僅為設(shè)計師們提供了一套強(qiáng)大的工具，更打開了一個全新的設(shè)計世界，使得他們能夠更好地發(fā)揮他們的創(chuàng)新性和創(chuàng)造性。

審核編輯：劉清