日前，ICCAD 2017(中國集成電路設(shè)計年會暨北京集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇)圓滿召開。中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會集成電路設(shè)計分會理事長魏少軍教授在會上公布2017年中國IC設(shè)計全行業(yè)銷售額預(yù)計為1945.98億元人民幣，同比增長28.15%。按照《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》的要求，到2020年銷售總額要達(dá)到3500億元人民幣，年均復(fù)合增長率將達(dá)到21.6%，足見市場潛力之巨大。面對正值騰飛的中國半導(dǎo)體市場，測試測量行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者——美國國家儀器公司(National Instruments，以下簡稱NI)攜其PXI技術(shù)為核心、跨越實驗室到產(chǎn)線的高效益半導(dǎo)體測試解決方案亮相ICCAD，意與合作伙伴共享中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展“盛宴”。
圖1：NI攜智能測試解決方案亮相ICCAD 2017
NI設(shè)立部署上海COE中心，成中國半導(dǎo)體棋局的“天元之著”
誠然，ICCAD僅僅揭曉了中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的集成電路(IC)設(shè)計一角，但其三年實現(xiàn)1500億元增長“小目標(biāo)”的利好態(tài)勢，無疑對產(chǎn)業(yè)鏈中測試測量、封裝、代工等服務(wù)與需求帶來了浪涌般的良性激勵。為緊抓中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)龐大機遇，上下游各領(lǐng)域廠商紛紛在中國大陸市場加大投入，比如格羅方德在成都設(shè)廠和最近商務(wù)部批準(zhǔn)的日月光與矽品收購案等。
媒體報道表明，NI公司2017年在中國上海首次設(shè)立部署了Center of Excellence(COE)，常駐工程師與研發(fā)人員，去研究中國客戶的需求，并對應(yīng)調(diào)整NI研發(fā)新產(chǎn)品的方向。在重點服務(wù)中國半導(dǎo)體客戶之外，上海COE更輻射日、韓、甚至整個亞太區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。據(jù)悉，COE這一級別的中心以往僅在NI總部北美才會設(shè)立，而上海COE的部署，也標(biāo)志著NI面向中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一步大棋！
大框架下的平臺化技術(shù)支撐，NI助攻客戶跨越芯片研發(fā)到量產(chǎn)測試挑戰(zhàn)
在大手筆投入部署上海COE的背后，NI瞄準(zhǔn)的正是中國眾多半導(dǎo)體公司的需求，這也從魏少軍教授解讀中國現(xiàn)存1380余家IC設(shè)計公司中可窺見一斑。對IC企業(yè)而言，不論是Fabless或者OSAT，測試測量是芯片產(chǎn)品從實驗室研發(fā)到量產(chǎn)等全部環(huán)節(jié)中不可或缺的重要步驟。但隨著5G與物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，芯片設(shè)計與測試逐漸面臨集成度提高、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜度增加的挑戰(zhàn)！
“愈發(fā)復(fù)雜的芯片設(shè)計帶來指數(shù)級增長的測試挑戰(zhàn)，因此需要以全新的態(tài)度和方案來審視這樣的變化。”NI技術(shù)市場工程師馬力斯在ICCAD 2017同期舉行的封裝測試與IC設(shè)計專題論壇演講上說道，“在這樣的思路下，NI利用平臺化技術(shù)來幫助客戶降低測試成本與加速產(chǎn)品上市時間。
圖2：馬力斯闡述NI測試方案幫助客戶降低測試成本
以RF前端IC為例。在早期，諸如功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、雙工、濾波器和開關(guān)之類的部件被分別銷售和集成到移動設(shè)備中。到了今天的4G通信，前端模塊通常將多個發(fā)送和接收鏈路與復(fù)雜的濾波器和開關(guān)陣列相結(jié)合 “不難理解，隨著時間的推移，前端模塊甚至天線陣列將進(jìn)一步集成到單顆芯片中。這一點是技術(shù)層面的挑戰(zhàn)。”馬力斯特別指出。
圖3：芯片設(shè)計的集成度隨著市場需求而不斷提高
與此同時，IC企業(yè)對測試平臺的需求也在發(fā)生變化，他們要求測試平臺具有更強的可拓展性、更優(yōu)秀的可復(fù)用性、更低的測試成本、更快的迭代速度等，這意味著測試系統(tǒng)必須具備多樣化的功能、高可靠性以及加速time-to-market的能力。這就涉及到商業(yè)層面的考慮。因此，無論是實驗室的臺式儀器，還是產(chǎn)線中昂貴的ATE設(shè)備，都無法成為最優(yōu)解。
于是，基于NI PXI技術(shù)的模塊化測試平臺為這樣的客戶需求提供了解決思路。“NI擁有開放、活躍的客戶生態(tài)，能夠為不同領(lǐng)域、不同需求的客戶提供定制化的解決方案。基于NI PXI模塊化技術(shù)可打造一個靈活和可擴展的測試平臺，從而滿足各種復(fù)雜的測試需求。” 馬力斯稱，“這樣一個統(tǒng)一的平臺，在實驗室和產(chǎn)線中的內(nèi)部硬件構(gòu)造基本一致，在實驗室中使用的高性能儀器，外加針對半導(dǎo)體行業(yè)的docking接口，并配合外部的handler、manipulator即可滿足半導(dǎo)體產(chǎn)線測試的要求。同時，使用一致的開發(fā)環(huán)境LabVIEW和測試管理執(zhí)行軟件TestStand，可以在代碼上最大化地復(fù)用實驗室中的內(nèi)容，并且在數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)上更加緊密，產(chǎn)線上通過多site并行測試的優(yōu)勢，加速整體測試周期與time-to-market。”
圖4：NI PXI平臺跨越實驗室到產(chǎn)線測試的“鴻溝”
最新SMU搭配SourceAdapt技術(shù)，打造通道上千的超級ATE設(shè)備！
源測量單元(Source Measure Unit，以下簡稱SMU)是用于測試各種設(shè)備的電流電壓(I-V)特性的重要儀器，可同時控制與量測高精度電流、電壓，在半導(dǎo)體行業(yè)中專為IC設(shè)計與驗證等實驗室提供電性能測試。而NI獨有的SourceAdapt技術(shù)，則可以針對任意負(fù)載自定義SMU響應(yīng)，使之實現(xiàn)最短上升時間的理想響應(yīng)，避免出現(xiàn)過壓或振蕩，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
圖5： SourceAdapt技術(shù)可對響應(yīng)進(jìn)行自定義，以實現(xiàn)最大穩(wěn)定性
據(jù)介紹，NI SMU將多種儀器集成到單個板卡中，并配合實現(xiàn)自定義瞬態(tài)的SourceAdapt技術(shù)、高速硬件定時、內(nèi)置高速數(shù)字化儀，在精度、速度和通道密度上都有巨大的優(yōu)勢。以往，NI SMU產(chǎn)品基本分為兩大類型，一是為高密度設(shè)計的SMU，另外則是為高精度和大功率而設(shè)計的系統(tǒng)SMU。如今通過工藝升級與技術(shù)創(chuàng)新，NI已推出高密度、高精度的最新一款SMU——PXIe-4163。該SMU直接從原來單張板卡的4通道提升到了24通道，通道密度的大幅增加成為PXIe-4163的最大亮點。
圖6：NI 推出高密度、高精度的24通道SMU PXIe-4163
為何SMU的通道密度如此重要？“在半導(dǎo)體行業(yè)中，對于許多量產(chǎn)測試的IC企業(yè)而言，SMU通道密度的差異與整體測試效率直接掛鉤。”馬力斯解釋道，“原本的4通道SMU在單個PXI機箱中通道數(shù)可達(dá)到68。但替換為PXIe-4163這樣的SMU，在一個18槽PXI機箱中就可以達(dá)到驚人的400多通道；而部署在一個ATE級設(shè)備中，通道數(shù)將直接上千！”顯而易見，這樣的通道數(shù)提升直接提高了整體的測試并行性，極大地增加了吞吐量，從而降低測試成本。
馬力斯稱，業(yè)界領(lǐng)先的高性能模擬、混合和數(shù)字信號處理 IC設(shè)計與制造商ADI公司正是采用了NI SMU用于MENS與ADC/DAC的測試中，將PXI及SMU的優(yōu)勢應(yīng)用到實驗室，同時在量產(chǎn)測試階段使用NI STS，成本是傳統(tǒng)方案的1/11，能耗是原來的1/16，進(jìn)一步降低測試成本和時間。
NI統(tǒng)一平臺策略，貫穿多維度測試行業(yè)生態(tài)
以NI高效開發(fā)軟件(以LabVIEW為核心)與模塊化硬件(以PXI技術(shù)為核心)為基礎(chǔ)的統(tǒng)一平臺，是NI服務(wù)與支持輻射全球產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵渠道。這一開放平臺推動建立了圍繞NI產(chǎn)品開發(fā)者、客戶以及第三方產(chǎn)品的測試行業(yè)生態(tài)。據(jù)悉，NI在全球范圍設(shè)立50多個辦事處與提供700多名區(qū)域工程師支持，同時擁有3萬+在線社區(qū)會員、8000多所院校教研室以及1000多個聯(lián)盟伙伴，覆蓋工業(yè)、國防與航空航天、電子半導(dǎo)體、無線通信、汽車、能源等多領(lǐng)域及行業(yè)。
在中國，不可枚舉的案例就有東南大學(xué)、WICO等院校機構(gòu)的科研合作，長光衛(wèi)星的航空航天案例，以及中車青島四方的高鐵預(yù)測性維護方案等。事實上，半導(dǎo)體行業(yè)中實驗室測試與量產(chǎn)測試中間的分界愈發(fā)模糊，半導(dǎo)體領(lǐng)域融合成為趨勢，也推動跨界的勢在必行。這些多領(lǐng)域、跨行業(yè)的合作與支持背后，正是NI生態(tài)系統(tǒng)不斷壯大的重要標(biāo)志。
圖7：NI統(tǒng)一平臺策略，提供生態(tài)式服務(wù)與支持
關(guān)于NI
自1976年以來，NI (www.ni.com) 一直致力于提供各種強大的基于平臺的系統(tǒng)來幫助工程師和科學(xué)家提高效率和加速創(chuàng)新，以解決全球面臨的重大工程挑戰(zhàn)。 從醫(yī)療、汽車、消費電子產(chǎn)品到粒子物理等各行各業(yè)的客戶正在使用NI的集成軟硬件平臺來改善我們生活的環(huán)境。