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數(shù)據對于了解半導體的使用壽命至關重要，數(shù)據收集則是是超越摩爾定律保持競爭力的關鍵。
如今，芯片設計周期的早期越來越依賴于多個數(shù)據源，包括從設計到制造流程的一些數(shù)據源。雖然這種整體性的方法似乎足夠合乎邏輯，但半導體行業(yè)從一開始就沒有特別強烈的整體性，專業(yè)知識是圍繞流程中的特定步驟發(fā)展起來的，從業(yè)者也是在某個特定的步驟中進一步發(fā)展。但是，隨著產品上市時間的縮短、芯片制造復雜性的增加以及獨特的體系結構對于開發(fā)日益破碎的細分市場至關重要，這些流程以及步驟的劃分將不再適用于由數(shù)據驅動的模型設計與制造，現(xiàn)在最大的挑戰(zhàn)是讓所有的數(shù)據協(xié)同工作。這將是芯片下一個數(shù)量級學習的來源。
目前，相關標準的建立正在幫助整合數(shù)據。此外，第三方分析和監(jiān)控公司正在完成各個數(shù)據源的連接，這些公司通過提取和整理數(shù)據并將其以可訪問的數(shù)據庫格式進行存儲，從而幫助客戶更輕松地查看數(shù)據，也實現(xiàn)了過去幾代半導體客戶以及芯片設計、制造和測試工程師夢寐以求的芯片可視化。
在模擬電路和數(shù)字電路環(huán)境下理解數(shù)據
目前設計環(huán)節(jié)面臨的挑戰(zhàn)之一是在模擬電路和數(shù)字電路環(huán)境下理解數(shù)據。根據大部分或所有模擬電路的設計是否是在較舊的節(jié)點上開發(fā)和這些電路是否是帶有模擬元件的數(shù)字電路，數(shù)據結果不盡相同。盡管大多數(shù)設計人員認識到，即使是在較傳統(tǒng)的工藝節(jié)點上，模擬量也會漂移并容易受到噪聲的影響，但在5nm及以下的工藝節(jié)點上，數(shù)字電路會變得更接近于模擬電路，并受到更多的噪聲干擾。此外，這些節(jié)點具有較小的裕度來緩沖細導線和薄電解質的影響。
圖片源自Pxhere
這些數(shù)據如何與數(shù)字端中的其他數(shù)據相匹配仍在研究中。但是，由于以下幾個原因，電路內監(jiān)控的數(shù)量在不斷增加。
首先，這些數(shù)據可能無法通過常規(guī)測試訪問。為半導體公司提供收益管理和數(shù)據分析的軟件公司 yieldHUB的收益管理專家Carl Moore表示，在PMIC（Prower Management IC）中，有很多甚至無法測試的節(jié)點。在設計這些芯片時，首先要找到可測試節(jié)點，PMIC中有數(shù)百個可測試節(jié)點，如果能找到它們，對其進行測試，就可以確定這些節(jié)點的規(guī)格，或者確定是否需要將某些內容放大到合理水平。
第二個原因則與汽車等市場日益重視芯片的可靠性有關。在這些市場中，芯片被用于安全關鍵型應用中，其預期使用壽命可能長達20年。
Carl Moore表示，模擬電路和MEMS較難測試，這是因為來自傳感器的信號微弱且密度高，對于開發(fā)這些芯片的設計師來說，最重要的是芯片周圍的內容以及該芯片的使用方式，但隨著時間的推移，更多的因素需要被考慮到設計中。因此不僅僅是要確保芯片功能正常，還需要一種可以訪問數(shù)據的格式，該格式可以與其他系統(tǒng)或設備產生數(shù)據關聯(lián)。
設備制造過程中的數(shù)據關聯(lián)
半導體制造設備已與用于分析芯片功能的許多數(shù)據完全隔離，在這個供應鏈中關聯(lián)數(shù)據的工作還處在初期階段。這其中有很多原因。
首先，所收集的許多數(shù)據被認為是專有的和具有競爭性質的，因此整個供應鏈之間的共享受到限制。其次，設備供應商主要與客戶進行交互，設備供應商之間并非彼此交互。最后，設備供應商將傳感器作為附加產品供應已經有一段時間了，因為沒有人想在沒有數(shù)據分析和機器學習的情況下出售高級設備。因此，并非所有的數(shù)據格式都是一致的，并非所有的數(shù)據值都很清楚。
盡管芯片行業(yè)傾向于通過片上傳感器或制造工藝來提高可靠性，但數(shù)據收集和分析需要滲透到供應鏈中。因此，代工廠、測封廠和系統(tǒng)公司不僅關注溫度和電壓測試，還越來越關注各種技術來源，以及這些技術的生產時間、生產規(guī)模以及如何生產等問題。
美國跨國軟件和工程服務公司PDF Solutions業(yè)務開發(fā)負責人Dave Huntley表示，如果想要設備具有可追溯性，那么就必須讀取該設備的數(shù)據。另外，材料制造商的可追溯性要求其定位足夠精準，涉及到所有工廠的所有數(shù)據。
這些數(shù)據也可以用來篩選出偽造芯片和組件，對安全性至關重要。
測試中的數(shù)據格式演進
需要連接測試數(shù)據的原因是，芯片內部的復雜度不斷提高，需要覆蓋范圍足夠廣才能確保芯片在整個生命周期內達到預期效果。
芯片測試過程中不僅存在密度問題，在芯片的局部區(qū)域內還有流出流入大量電流，測試者必須在不同電壓和不同頻率下執(zhí)行此操作。在某些情況下，這些芯片具有12個不同的電源域，所有這些電源域填充在芯片的不同區(qū)域中。因此，測試過程會產生大量數(shù)據，并且需要與工廠中各種工藝產生的其他大量數(shù)據進行補充和關聯(lián)。要提取優(yōu)良數(shù)據并將其轉化為可用的數(shù)據，需要進行大量工作。
來自不同制造商的測試設備過去常常使用不同的操作系統(tǒng)，以不同或不兼容的格式顯示數(shù)據，但隨著電子數(shù)據交換（EDI）和IEEE的標準測試接口語言（STIL）的出現(xiàn)，測試需要更具兼容性。
為解決這個問題，自動測試機制造商Teradyne開始與其他供應商共同開發(fā)標準測試數(shù)據格式STDF。STDF是與數(shù)據庫體系結構和操作系統(tǒng)無關的二進制格式，是為自動測試設備（ATE）開發(fā)的，因此可以連接來自競爭廠商的ATE，并且可以更容易移植和存儲數(shù)據。
該格式包括標準記錄類型和全局元數(shù)據，以及參數(shù)化（通過、失敗和多針）和功能測試。二進制格式將被轉換為更人性化的ASCII格式（ATDF-STDF的ASCII版本），并用于數(shù)據庫或Excel電子表格中。但在轉換工程中，批次ID或頭文件可能會丟失，出現(xiàn)錯誤數(shù)據的機會很多。
盡管STDF是測試中最常用的格式，但也有局限性。例如無法直接支持當今測試環(huán)境中的新模型，格式本身也不夠精準。在STDF之后，可能采用由SEMI半導體測試合作聯(lián)盟（CAST）特殊興趣小組正在研究的Rich Interactive Test Database（RITdb）標準。
小結
生成更好的數(shù)據，從更多的來源收集數(shù)據，并能夠將所有這些數(shù)據關聯(lián)起來，這為整個芯片行業(yè)帶來巨大的可能性，包括從提高可靠性到預測分析的所有方面?？梢愿鶕枰?，對設備進行維修或更換，而不是當設備出現(xiàn)故障時也無法接受到故障信號。
芯片行業(yè)正處于這種轉變的初期，但在未來十年里，它可能會定義從設計到制造的每一步，從產量到可靠性和安全性都將得到改善。
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本文編譯自https://semiengineering.com/data-becomes-key-for-next-gen-chips/
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