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解讀FinFET存儲器的設計挑戰(zhàn)以及測試和修復方法

作者: 時間:2018-08-07 來源:網絡 收藏
STAR存儲器系統(tǒng)可以確定故障位的物理X、Y坐標。缺陷可以分類(單個位、成對位、整列等),故障可以分類并最終精確定位到故障部位。注意,所有這些都由芯片外面的STAR存儲器系統(tǒng)確定,而不是使用電子顯微鏡或其他更精細/昂貴的方式。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201808/385597.htm

  

  圖10DesignWare STAR存儲器系統(tǒng):多層次精密診斷

開發(fā)為SoC用戶(或存儲器IP設計人員)帶來高質量結果的工具和IP是一個漫長而持續(xù)的過程。從深入的存儲器設計知識開始,早期接觸多家代工廠的制程參數(shù)、大量的故障注入模擬、硅芯片特征化和精確的行為和結構模型,該過程可能需要三年以上。深入理解FinFET特有缺陷得到了對面積影響更小和測試時間更少的優(yōu)化測試算法,外加對使缺陷易于顯現(xiàn)的應力條件的認識。最后,所有這些知識全部結合在STAR存儲器系統(tǒng)中用于創(chuàng)建自動插入、快速測試和使產出最大化。

FinFET為使用預先插入的一組可調度的存儲器優(yōu)化時序提供了更多的可能性。BIST多路復用器可隨共享測試總線落實到位。這些測試總線可由定制數(shù)據(jù)通路創(chuàng)建者和處理器內核進行復用。Synopsys創(chuàng)立了多存儲器總線(MMB)處理器來充分利用FinFET提供的可能性。MMB與映射到該總線上的所有緩存共享BIST/BISR邏輯,因此不再需要存儲器包裝器,減小了面積占用和功率消耗(圖11)。

  圖11:搭建在傳統(tǒng)STAR存儲器系統(tǒng)處理器上的MMB處理器獲得更高FinFET性能及更小面積

12展示了一個SoC實例,其中部分存儲器傳統(tǒng)地使用STAR存儲器系統(tǒng),而CPU內核中的存儲器則通過MMB處理器訪問。MMB處理器不直接處理包裝器,而是訪問圖12中紅色方框代表的總線端口。MMB處理器從CPU RTL中讀取信息,理解存儲器細節(jié)和寫入總線的配置,引起即時握手。

  

  圖12STAR存儲器系統(tǒng)MMB使用模型

維修故障

現(xiàn)代存儲器同時具有行和列冗余性(圖13)。檢測到故障時,可以通過在非易失性存儲器中記錄問題和使用維修方案配置冗余列。STAR存儲器系統(tǒng)通過縮小故障范圍和確定置換出故障的方法來自動進行維修。這個過程可以對所有應力角進行優(yōu)化,故障在一個應力角檢出并擴大到下一個應力角,以此類推。

  圖13:使用行、列修復維持FinFET高良率

由于STAR存儲器系統(tǒng)的自動化程度如此之高,診斷和修復可以按預定間隔在現(xiàn)場重復進行,比如系統(tǒng)上電時或按預定的時間長度。這種重復可以通過內建冗余性消除因老化而產生的故障。

負偏壓溫度不穩(wěn)定性(NBTI)是FinFET最令人頭痛的一個特殊老化問題(平面晶體管沒有這樣的問題)。NBTI主要與溫度有關,會導致取決于FinFET工作溫度范圍的性能逐漸下降。

單粒子效應和糾錯

不僅會發(fā)生可預測的錯誤,間歇性的軟性錯誤也會發(fā)生。間歇性軟性錯誤不需要用內建冗余性修復。它們一般是高能粒子引起的。隨著位單元在較小的制程節(jié)點中靠得越來越近,單粒子效應(SEE)可能會影響不止一位,而多位缺陷必須檢測并糾正。

為了應對此類錯誤,STAR存儲器系統(tǒng)包含一個ECC編譯器。該編譯器不僅提供經典存儲器ECC(一般允許檢測多位錯誤),而且還能處理一位糾錯。另一方面,該ECC編譯器還能處理多位糾錯。STAR存儲器系統(tǒng)ECC編譯器定義了相關的存儲器配置,用ECC存儲器取代了存儲器(當然,它比需要的數(shù)據(jù)更寬:一個32位存儲器的寬度約為40位)。然后用所有系統(tǒng)測試和修復邏輯包裝該存儲器。

  圖143D-IC中的外部存儲器測試

外部DRAMmemory-on-logic呈現(xiàn)出一組新的挑戰(zhàn)。利用硅通孔(TSV)或其他方法,DRAM的物理位置處在芯片上方,如圖14所示。不過,外界不可以直接訪問存儲器,或者至少沒有達到測試它們所需要的性能。如果它們使用高速接口的話(如DDR4、JEDEC Wide I/OMicron的混合存儲器立方體),測試工具無法輕易地攔截存儲器與邏輯芯片之間的信號。相反,坐落在SoC上能夠與芯片之外的DRAM交互的引擎則能以需要的高速度驅動這些接口。就像使用片上存儲器一樣,使用外部DRAMSoC必須找出哪個存儲器、哪一位或者芯片堆疊中的哪個互聯(lián)失效及失效原因。STAR存儲器系統(tǒng)能夠滿足這個要求并經常對其進行修復。

STAR層次化系統(tǒng)

所有FinFET SoC都包括存儲器之外的其他模塊。它們會有其他混合信號IP,如PCIeUSB、DDR、PLL等。所有這些接口都需要自測試,很多情況下,故障需要檢測和維修。對快速I/O接口來說,維修意味著調整、校準和組幀。有些接口IP本身就包含存儲器,使得測試和維修更加復雜化。這種復雜系統(tǒng)需要象STAR層次化系統(tǒng)(如圖15所示)這樣的全面測試和維修基礎架構。

 

  圖15DesignWare STAR層次化系統(tǒng)

STAR層次化系統(tǒng)是對STAR存儲器系統(tǒng)的補充,可以測試、調試和糾正混合信號非存儲器IP。作為一種層次化解決方案,STAR層次化系統(tǒng)能從次芯片級直至整個SoC取得IP及其測試向量,創(chuàng)建存取訪問和接口,并在下一個級別上建立測試向量。

小結

如今Synopsys全面支持各種制程節(jié)點,包括14nm16nm FinFET,而在10nm7nm工藝上的工作也正在進行之中。利用從這些制程節(jié)點的測試芯片中獲得的知識,STAR存儲器系統(tǒng)的各項創(chuàng)新將繼續(xù)提高針對嵌入式存儲器的測試和診斷能力,同時增加了優(yōu)化SoC良率的功能。

Synopsys還提供了STAR層次化系統(tǒng),通過利用任何現(xiàn)有標準互連(如IEEE 1500)以及TAP控制器全面測試各種其他

混合信號和接口IP。

作者:Yervant Zorian博士,首席架構師兼研究員Synopsys


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