Validierung nach Silizium - Post-silicon validation
Die Validierung und das Debuggen nach dem Silizium ist der letzte Schritt bei der Entwicklung einer integrierten Halbleiterschaltung .
Pre-Silizium-Prozess
Während des Pre-Silizium-Prozesses testen Ingenieure Geräte in einer virtuellen Umgebung mit ausgeklügelten Simulations- , Emulations- und formalen Verifizierungswerkzeugen . Im Gegensatz dazu werden Validierungstests nach dem Silizium auf tatsächlichen Geräten durchgeführt, die mit Geschwindigkeit in kommerziellen, realen Systemplatinen ausgeführt werden, wobei ein Logikanalysator und auf Assertion basierende Tools verwendet werden.
Argumentation
Große Halbleiterunternehmen geben Millionen für die Entwicklung neuer Komponenten aus. Dies sind die " versunkenen Kosten " der Entwurfsimplementierung. Folglich ist es unerlässlich, dass der neue Chip vollständig und perfekt seiner Spezifikation entspricht und innerhalb enger Verbraucherfenster auf den Markt gebracht wird. Selbst eine Verzögerung von einigen Wochen kann zig Millionen Dollar kosten. Die Validierung nach dem Silizium ist daher einer der am stärksten genutzten Schritte für eine erfolgreiche Designimplementierung.
Validierung
Chips mit 500.000 Logikelementen sind die Siliziumgehirne in Mobiltelefonen, MP3-Playern, Computerdruckern und -peripheriegeräten, digitalen Fernsehgeräten, medizinischen Bildgebungssystemen, Komponenten für Transportsicherheit und -komfort und sogar Gebäudemanagementsystemen. Der Hersteller muss aufgrund seiner breiten Verbreitung durch den Verbraucher oder aufgrund seiner geschäftskritischen Anwendung absolut sicher sein, dass das Gerät gründlich validiert ist.
Der beste Weg, um ein hohes Vertrauen zu erreichen, besteht darin, die Verifizierungsarbeiten vor dem Silizium zu nutzen, die bis zu 30% der Gesamtkosten der Implementierung ausmachen können, und dieses Wissen im Post-Silizium-System zu nutzen. Heutzutage wird ein Großteil dieser Arbeit manuell ausgeführt, was teilweise die hohen Kosten erklärt, die mit der Systemvalidierung verbunden sind. Es gibt jedoch einige Tools, die kürzlich eingeführt wurden, um die Validierung von Post-Silizium-Systemen zu automatisieren.
Beobachtbarkeit
Simulationsbasierte Entwurfsumgebungen genießen den enormen Vorteil einer nahezu perfekten Beobachtbarkeit , sodass der Konstrukteur jedes Signal fast jederzeit sehen kann. Sie leiden jedoch unter der begrenzten Datenmenge, die sie während der Validierung des Systems nach dem Silizium erzeugen können. Viele komplizierte Geräte zeigen ihre Probleme erst nach Tagen oder Wochen des Testens an und erzeugen ein Datenvolumen, dessen Reproduktion auf einem Simulator Jahrhunderte dauern würde. FPGA- basierte Emulatoren, ein fester Bestandteil der meisten Implementierungstechniken, sind schneller als Software-Simulatoren, liefern jedoch nicht die umfassenden Tests zur Systemgeschwindigkeit, die für die Zuverlässigkeit der Geräte erforderlich sind.
Darüber hinaus wird das Problem der Validierung nach Silizium immer schlimmer, da die Komplexität des Designs aufgrund der enormen Fortschritte bei der Verarbeitung von Halbleitermaterialien zunimmt. Die Dauer vom Prototyp-Silizium - sogenanntes "erstes Silizium" - bis zur Serienproduktion nimmt zu, und Fehler treten bei den Kunden auf. Die mit dem IP-Härten verbundenen Kosten steigen. Die heutige Branche konzentriert sich auf Techniken, mit denen Designer ihre Investitionen in die Verifizierung vor dem Silizium besser auf die Validierung nach dem Silizium amortisieren können. Die besten dieser Lösungen ermöglichen eine kostengünstige, skalierbare, automatisierte On-Chip-Sichtbarkeit im Drahtmaßstab.
Leistungen
Die Validierung nach dem Silizium umfasst den gesamten Validierungsaufwand, der nach Verfügbarkeit der ersten Siliziumprototypen, jedoch vor der Produktfreigabe, auf ein System aufgewendet wird. Während in der Vergangenheit der größte Teil dieser Bemühungen der Validierung elektrischer Aspekte des Entwurfs oder der Diagnose systematischer Herstellungsfehler gewidmet war, konzentriert sich heute ein wachsender Teil der Bemühungen auf die Validierung funktionaler Systeme. Dieser Trend ist größtenteils auf die zunehmende Komplexität digitaler Systeme zurückzuführen, die die Verifizierungsabdeckung durch herkömmliche Prä-Silizium-Methoden einschränkt. Infolgedessen überleben eine Reihe von Funktionsfehlern in hergestelltem Silizium, und es ist Aufgabe der Post-Silizium-Validierung, diese zu erkennen und zu diagnostizieren, damit sie nicht in das freigegebene System gelangen. Die Fehler in dieser Kategorie sind häufig Fehler auf Systemebene und seltene Situationen in Eckfällen, die tief im Entwurfszustandsraum vergraben sind: Da diese Probleme viele Entwurfsmodule umfassen, sind sie mit Werkzeugen vor dem Silizium, die durch begrenzte Skalierbarkeit und Leistung gekennzeichnet sind, schwer zu identifizieren .
Die Validierung nach dem Silizium profitiert dagegen von einer sehr hohen Rohleistung, da die Tests direkt an hergestelltem Silizium durchgeführt werden. Gleichzeitig stellt es die traditionellen Validierungsmethoden aufgrund der eingeschränkten internen Beobachtbarkeit und der Schwierigkeit, Modifikationen an hergestellten Siliziumchips vorzunehmen, vor verschiedene Herausforderungen. Diese beiden Faktoren führen wiederum zu kritischen Herausforderungen bei der Fehlerdiagnose und -korrektur.