Multi-Die設(shè)計是一種在單個封裝中集成多個異構(gòu)或同構(gòu)裸片的方法，雖然這種方法日益流行，有助于解決與芯片制造和良率相關(guān)的問題，但也帶來了一系列亟待攻克的復(fù)雜性和變數(shù)。尤其是，開發(fā)者必須努力確保Multi-Die芯片在整個生命周期內(nèi)的健康狀況和可靠性。這不僅包括對各個裸片進(jìn)行測試和分析，還包括對Die-to-Die連接性以及整個Multi-Die封裝進(jìn)行測試和分析。

利用新思科技Multi-Die解決方案加快創(chuàng)新速度

新思科技處于Multi-Die設(shè)計創(chuàng)新領(lǐng)域的前沿，我們最近與臺積公司合作，演示了兩個裸片之間通過高速UCIe（通用芯粒互連技術(shù)）規(guī)范進(jìn)行通信。新思科技的監(jiān)控、測試和修復(fù)(MTR) IP是此次演示的核心，展示了Multi-Die互連的制造和現(xiàn)場健康狀況。

接下來，我們將探討確保Multi-Die質(zhì)量和可靠性所面臨的獨特挑戰(zhàn)，深入了解為何全面的監(jiān)控、測試和修復(fù)解決方案對芯片開發(fā)者至關(guān)重要，以及新思科技和臺積公司正在采取哪些舉措來提供助力。

互連監(jiān)控、測試和修復(fù)的必要性

隨著半導(dǎo)體變得更加復(fù)雜，即在單個封裝中集成多個異構(gòu)或同構(gòu)裸片，裸片（也稱為小芯片）之間有效通信和可靠互連的需求大幅增加。UCIe規(guī)范對Die-to-Die互連進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)了小芯片間的高速通信。然而，這些連接的高速特性要求對其進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控、測試和修復(fù)，以確保芯片在整個生命周期內(nèi)實現(xiàn)無縫通信。監(jiān)控信號完整性對于確?；ミB的整體健康狀況至關(guān)重要。通過基于嚴(yán)格算法的測試，可以發(fā)現(xiàn)不同類型的開路、短路以及這些高數(shù)據(jù)速率通道附近可能出現(xiàn)的互連間串?dāng)_問題。同樣重要的是，能夠在工藝、電壓和溫度（PVT）范圍內(nèi)累積增強(qiáng)任何修復(fù)特征，以涵蓋不同的用例。

為了實現(xiàn)UCIe Die-to-Die鏈路，開發(fā)者必須解決幾個關(guān)鍵的Multi-Die健康挑戰(zhàn)，包括：

窄間距：UCIe高級封裝中的間距（即互連之間的距離）非常短（25-55um之間）。在芯片制造過程中，探測這些微凸塊非常困難。這就需要一種嵌入式功能，能夠進(jìn)行自測而不是進(jìn)行探測。

僅使用UCIe主帶和邊帶：通常，除了主帶和邊帶通道外，沒有額外的可測性設(shè)計（DFT）端口可用于單個裸片級測試。

高速信號完整性：由于UCIe通信的高速特性，保持信號完整性變得極具挑戰(zhàn)性。需要持續(xù)監(jiān)測UCIe PHY參數(shù)，以便及時發(fā)現(xiàn)并糾正問題。

冗余與修復(fù)：為了提高質(zhì)量、可靠性和良率，需要通過提供備用互連來實現(xiàn)冗余。出現(xiàn)故障時，備用互連可以替換有缺陷的互連，確保通信不間斷。

環(huán)境變化性：互連在不同的環(huán)境條件（如溫度和電壓）下可能表現(xiàn)不同。需要對在多種條件下運(yùn)行的互連進(jìn)行測試和修復(fù)，以確保其魯棒性。

Multi-Die健康狀況監(jiān)控和可靠性綜合解決方案

我們的MTR IP解決方案由多個協(xié)同工作的組件組成，為Multi-Die設(shè)計提供全面的健康檢查：

專用任務(wù)模式信號完整性監(jiān)控：這由嵌入在UCIe高速互連通道內(nèi)的信號完整性監(jiān)控器（SIM）組成，用于持續(xù)監(jiān)控信號完整性，實時反饋Die-to-Die通信通道的健康狀況。

內(nèi)置自測（BIST）算法：這些確定性算法旨在檢測高級互連故障類型，包括因窄間距和高數(shù)據(jù)速率而可能出現(xiàn)的互連間串?dāng)_。

累積修復(fù)：高級UCIe提供冗余通道用于修復(fù)。每136個主通道配有12個額外的冗余通道，而在邊帶方面，4個主通道配有4個備用通道。這種冗余對于修復(fù)故障互連而不影響整體系統(tǒng)性能至關(guān)重要。借助這些冗余通道，MTR使用內(nèi)置冗余分析（BIRA）算法進(jìn)行硬修復(fù)，并將修復(fù)數(shù)據(jù)累積存儲在E-Fuse中。

通過高速接口實現(xiàn)高速訪問與測試（HSAT）以及自動測試向量生成（ATPG）：HSAT功能有助于訪問隱藏裸片，通過功能接口實現(xiàn)自適應(yīng)高帶寬測試。這不僅能夠縮短測試時間，還能因引腳數(shù)和測試硬件的減少而降低成本，并支持在芯片的整個生命周期內(nèi)進(jìn)行測試。

我們的MTR IP解決方案可用于多種生命周期場景：在單個裸片層面，確保單個裸片的健康狀況良好；在Multi-Die層面，這在制造堆疊芯片時尤為重要；在開機(jī)模式下，確保用戶每次在實際使用中開啟設(shè)備時，MTR都能發(fā)揮作用；以及在實時任務(wù)模式下，提供更深入的實時健康狀況檢查。前兩種場景最適用于臺積公司等代工廠，后兩種場景則適用于代工廠的客戶。

展示基于UCIe的Multi-Die進(jìn)展

在小芯片峰會（Chiplet Summit）上，我們展示了采用臺積公司工藝在CoWoS-S中介層上成功實現(xiàn)UCIe PHY IP一次性流片成功的最新成果。此外，我們還分享了一項演示結(jié)果，該演示展示了兩個裸片通過高速UCIe Die-to-Die接口和標(biāo)準(zhǔn)GPIO接口進(jìn)行通信的情況。

在第一種配置中，我們的MTR IP在兩個新思科技UCIe IP之間提供互連可靠性、測試和修復(fù)功能。在第二種配置中，SLM MTR IP支持IEEE 1838測試訪問基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，允許進(jìn)行裸片內(nèi)通道測試。

這兩種配置都支持在每個裸片內(nèi)部利用各種片上技術(shù)全面執(zhí)行監(jiān)控、測試、調(diào)試和修復(fù)功能，例如用于隨機(jī)邏輯塊的新思科技HSAT和SEQ IP、用于嵌入式存儲器塊的SMS IP，以及用于UCIe塊的SHS和MTR IP。這些功能覆蓋了鍵合前和鍵合后的制造階段、實際應(yīng)用中的開機(jī)階段以及定期的任務(wù)健康監(jiān)控。該設(shè)計展示了如何在Multi-Die封裝的整個芯片生命周期內(nèi)使用上述功能，而不會在堆疊裸片時造成覆蓋率損失或向量膨脹。

我們對Multi-Die健康狀況與可靠性的承諾

新思科技致力于幫助客戶突破半導(dǎo)體技術(shù)的界限，并提供在整個芯片生命周期內(nèi)具有超高制造良率和魯棒性的Multi-Die設(shè)計。我們針對基于UCIe的Multi-Die設(shè)計提供的SLM MTR IP解決方案就是這一承諾的最好證明，它為監(jiān)控、測試和修復(fù)Die-to-Die互連提供了一個魯棒的框架。該解決方案可用于芯片生命周期的各個階段，包括設(shè)計、試制到生產(chǎn)和現(xiàn)場階段。