【導讀】汽車(chē)是近兩年被高頻提及的產(chǎn)業(yè)，2022年至2029年，預計電動(dòng)汽車(chē)（EV）占比將增長(cháng)近一倍，同時(shí)L2級別及以上的自動(dòng)駕駛汽車(chē)占比也在逐漸增加。中國則處于“彎道超車(chē)”的市場(chǎng)地位，到去年為止，電動(dòng)汽車(chē)占比已經(jīng)超過(guò)了一半。
汽車(chē)是近兩年被高頻提及的產(chǎn)業(yè)，2022年至2029年，預計電動(dòng)汽車(chē)（EV）占比將增長(cháng)近一倍，同時(shí)L2級別及以上的自動(dòng)駕駛汽車(chē)占比也在逐漸增加。中國則處于“彎道超車(chē)”的市場(chǎng)地位，到去年為止，電動(dòng)汽車(chē)占比已經(jīng)超過(guò)了一半。
對汽車(chē)來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車(chē)的功率轉換需要大功率分立半導體，電池管理IC負責電池平衡和監控，ADAS（以及最終的無(wú)人駕駛）需要RF、激光雷達、超聲波和圖像傳感器以及高端處理能力，MCU/SoC則負責控制車(chē)內功能，在車(chē)輛安全方面發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。
這將不斷驅動(dòng)半導體在汽車(chē)中的數量和金額占比增加。據測算，2023年芯片在整車(chē)中的占比在800～1000美元，5年后可能會(huì )達到1500美元。反觀(guān)過(guò)去一年半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，消費類(lèi)產(chǎn)品相對疲軟，且到現在仍未有明顯復蘇跡象，因此汽車(chē)會(huì )是過(guò)去一年芯片產(chǎn)業(yè)最大驅動(dòng)力之一。
增長(cháng)之下，滿(mǎn)是挑戰。汽車(chē)產(chǎn)品的質(zhì)量與人的生命財產(chǎn)安全有著(zhù)直接的關(guān)系，一旦出現問(wèn)題，可能會(huì )帶來(lái)毀滅性的打擊。因此，車(chē)規級產(chǎn)品對整體質(zhì)量的把控相對更為嚴格，加之ADAS級別提升，芯片測試的復雜程度也呈指數級增長(cháng)。
此外，對汽車(chē)芯片來(lái)說(shuō)，越早能夠發(fā)現問(wèn)題，就越能將成本前移，從而獲得更好的市場(chǎng)競爭力。泰瑞達（Teradyne）作為自動(dòng)測試設備行業(yè)（ATE）關(guān)鍵領(lǐng)導者，最近分享了先進(jìn)節點(diǎn)下，汽車(chē)芯片所面臨的挑戰與良策，同時(shí)分享了如何助力國產(chǎn)芯片解決測試難題。
策略、流程、工具，實(shí)現零質(zhì)量缺陷的三大要點(diǎn)
“無(wú)論是AEC-Q100還是ISO26262，其本質(zhì)目標都是零質(zhì)量缺陷（0 DPPM，即每百萬(wàn)分之零的缺陷），要完成零缺陷，任何一個(gè)環(huán)節都不能掉鏈子，因為環(huán)節太多，哪怕任一環(huán)節出現千分之一、萬(wàn)分之一的問(wèn)題，疊加起來(lái)都會(huì )是非常大的質(zhì)量缺陷?！碧┤疬_中國區總經(jīng)理Felix Huang這樣解釋道。
對泰瑞達來(lái)說(shuō)，零缺陷是永遠的目標，目前國內頂尖的ADAS公司已在泰瑞達平臺上做到10 DPPM，但同時(shí)也付出了很高的成本。正常來(lái)說(shuō)，一顆芯片測試成本占芯片售價(jià)5%～10%，最多不超過(guò)15%，而該公司的產(chǎn)品則接近30%，超過(guò)大芯片封裝的成本。
因此，想要更好地實(shí)現零質(zhì)量缺陷的目標，有三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。一是策略，關(guān)鍵點(diǎn)是在設計階段就考慮到如何做好測試；二是流程，關(guān)鍵點(diǎn)做好協(xié)作和自動(dòng)化；三是工具，關(guān)鍵點(diǎn)是實(shí)時(shí)、預測和智能。
1. 策略：用靈活的測試方案實(shí)現成本優(yōu)化
首先，在測試策略方面，在芯片設計開(kāi)始時(shí)，就要考慮到如何達到零質(zhì)量缺陷的效果，這需要在初期考慮測試方案的設計和策略，以平衡成本。
雖然用在汽車(chē)中的芯片都叫車(chē)規芯片，但其實(shí)每種芯片要求標準和成本不同。實(shí)際上，質(zhì)量與成本相關(guān)聯(lián)，質(zhì)量等級越高，失效成本就會(huì )降低，但相應的就要做一些預防性的提前檢測，從而拉高前期成本。此外，因質(zhì)量問(wèn)題而帶來(lái)的客退、測試成本等顯性成本之外，庫存成本、運輸成本、人員變動(dòng)成本等隱性成本的影響要比顯性成本大得多。
最終，整體成本會(huì )呈現“浴盆曲線(xiàn)”，其最低點(diǎn)就是兩種成本的交界點(diǎn)，不同芯片的權衡都有所不同。比如說(shuō)，自動(dòng)駕駛芯片與汽車(chē)行駛直接相關(guān)，一旦出問(wèn)題，就是人員安全問(wèn)題，所以要求質(zhì)量等級更高。再比如，座艙芯片可以通過(guò)后裝市場(chǎng)來(lái)增級，質(zhì)量要求也沒(méi)有那么高。
芯片測試主要分為Wafer Sort（WS，晶圓測試）、Partial Assembly（PA，部分封裝）、Final Test（FT，成品測試）、System Level Test（SLT，系統級測試）四個(gè)階段，當然晶圓測試、成品測試完成后并不代表結束，測試是貫穿汽車(chē)電子全產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節。
對芯片來(lái)說(shuō)，如果很多問(wèn)題在晶圓測試階段就能檢測出來(lái)，到了成品測試時(shí)就不需要再去檢測，這種測試前移和后移就指的就是“FLEX Test”。
對汽車(chē)芯片來(lái)說(shuō)，一顆芯片售價(jià)中，測試成本始終與封裝、工藝成本相比占比較小，發(fā)現問(wèn)題越早，就能把測試項從最終測試前置，省掉封裝成本?！耙虼?，從成本角度來(lái)說(shuō)，能不能前移多一點(diǎn)，這就要求機臺本身有非常好的穩定性和可重復性，同時(shí)測試能力和覆蓋率能夠達到這樣的要求，才有可能實(shí)現FLEX Test?！盕elix Huang如是說(shuō)。
當然，測試本身也沒(méi)有那么簡(jiǎn)單，整個(gè)流程需要不斷測量和分析數據才能知道哪些項目能夠前移，FLEX Test背后擁有不同的邏輯，從來(lái)沒(méi)有固定的答案，必須考慮哪個(gè)階段測量什么測試項才能形成最優(yōu)解，針對不同公司、不同芯片做不同分析。
但實(shí)際，多數情況IC設計人員與ATE測試人員隔行如隔山，溝通過(guò)程或許存在不可避免的代溝。泰瑞達的專(zhuān)用軟件工具PortBridge就是解決這種問(wèn)題，為雙方搭建起溝通橋梁，一面是測試機，另一面是EDA工具；IC設計人員操作EDA工具，即可直接控制測試機進(jìn)行晶圓測試或者成品測試，根據結果實(shí)時(shí)在線(xiàn)調優(yōu)，同時(shí)也可以藉由PortBridge工具通過(guò)ATE直接訪(fǎng)問(wèn)每個(gè)IP并進(jìn)行調試，加速I(mǎi)P與整個(gè)芯片融合。
2. 流程：用自動(dòng)化、智能化的工具減少人為問(wèn)題
從1995年到2020年，芯片功能愈加復雜，測試程序復雜度隨之增大，早期一顆SoC芯片可能擁有200個(gè)測試項，代碼量約一兩千行，一個(gè)或幾個(gè)測試工程師就能完成測試工作。而現在則至少擁有2萬(wàn)行代碼，代碼量達到幾個(gè)到幾十個(gè)Giga的水平，開(kāi)發(fā)測試程序基本都是由團隊協(xié)作開(kāi)發(fā)，最后整合調試。
因此，在這樣的進(jìn)化過(guò)程中，為了減少開(kāi)開(kāi)發(fā)周期，加速產(chǎn)品上市，就需要整個(gè)流程擁有自動(dòng)化、智能化的工具，減少因為人為因素帶來(lái)的問(wèn)題。
泰瑞達則有不同的軟件支持，其中IG-XL軟件則是ATE行業(yè)中口碑最好的開(kāi)發(fā)軟件之一，該軟件兼具實(shí)用性、易用性和穩定性。
基于IG-XL軟件，泰瑞達還擁有一款輔助工具Oasis，可以幫助檢測開(kāi)發(fā)代碼質(zhì)量，比如在Offline階段運行Oasis工具，可以自動(dòng)檢測不同工程師的代碼有沒(méi)有寫(xiě)錯，有沒(méi)有冗余。
多人開(kāi)發(fā)方面，泰瑞達內部擁有全流程管理系統DevOps（Development Operation），該系統自2020年開(kāi)始引入，這是一個(gè)完全自動(dòng)化的系統，比如說(shuō)，工程師開(kāi)始開(kāi)發(fā)一個(gè)測試程序時(shí)，從Offline階段就會(huì )自動(dòng)調用Oasis中的Offline檢測工具，生成報告，將問(wèn)題發(fā)到相關(guān)工程師郵箱，直到把報告中問(wèn)題全部修復以后，才會(huì )進(jìn)入到下一個(gè)階段。
3. 工具：實(shí)時(shí)、可預測、智能的分析
對測試整個(gè)流程來(lái)說(shuō)，流動(dòng)在其中的“血液”便是數據，不同工藝中，不同的控制按鈕、不同的變量和不同的參數都會(huì )流向ATE測試機，除了標準數據（一般來(lái)說(shuō)有兩種格式STDF和TEMS），Fab可以根據實(shí)際反饋的數據，來(lái)調整工藝參數，優(yōu)化工藝流程。
歸根結底，零質(zhì)量缺陷的支撐點(diǎn)就是海量數據，要想讓這些數據真正產(chǎn)生作用，就要做到實(shí)時(shí)性、可預測性、智能性的分析。尤其對車(chē)規芯片來(lái)說(shuō)，數據則更為重要。
泰瑞達的UltraEDGE便是配套的服務(wù)器，它內部既包含自建的FDE（故障檢測引擎，Fault Detect Engine）工具，也可安裝第三方數據分析軟件，如OptimalPlus、PDF數據管理軟件，在其中進(jìn)行加密和機器學(xué)習，對抓到的原始數據進(jìn)行分析，把潛在缺陷反饋給Foundry，最終提升良率，降低成本。
FDE是泰瑞達已經(jīng)推出的一款大數據分析軟件，它可以將前面測試結果進(jìn)行統計分析，并比較原有測試結果。早期，它采用的是Static PAT（SPAT），現在車(chē)規更多采用的是Dynamic PAT（DPAT），即動(dòng)態(tài)分析。
值得一提的是，泰瑞達在3年前就成立了專(zhuān)門(mén)的研究團隊，研究AI怎樣加速測試結果分析，同時(shí)在Ultra EDGE Server、FD Engine、Oasis輔助工具中都使用了AI技術(shù)。
解決車(chē)規芯片的測試難題
如今芯片密度在跟隨摩爾定律不斷膨脹，極速的制程演進(jìn)也會(huì )為汽車(chē)芯片測試帶來(lái)更多挑戰。根據泰瑞達亞太區銷(xiāo)售副總裁Richard Hsieh的分享，過(guò)去半導體測試設備發(fā)展，可以分為三個(gè)階段。
1990年~2000年，是功能時(shí)代，制程工藝集中在0.8μm~0.13μm，芯片搭載功能越來(lái)越多，傳統測試平臺逐漸被淘汰；2000年~2015年，是效率時(shí)代，隨著(zhù)工藝從0.13μm發(fā)展到14nm，并行測試需求擴大，4工位、8工位測試成為標配；2015年至今，是新興時(shí)代，制程工藝步入3nm，此時(shí)單純的芯片測試只是基礎性功能，trim（微調）等更多復雜性功能成為標配，這些功能可以有效減少設計時(shí)間、提高產(chǎn)品良率。
現在，行業(yè)正向1nm演進(jìn)，也在探索如何在CMOS的制程里制造出數字或“數字+混合信號+RF”，相對應的，也向測試端提出更快的測試速度、更低的測試成本和更快的上市時(shí)間等要求。
“測試產(chǎn)業(yè)是一個(gè)重資本投資的產(chǎn)業(yè)，怎樣在投資上獲得很好的回報是關(guān)鍵問(wèn)題?！盧ichard Hsieh表示，多數人在做資本采購時(shí)，都會(huì )算固定折舊，當直接成本被折舊抵消，其中大部分就是間接成本。所以對機臺來(lái)說(shuō)，怎樣設計讓它能夠提高它的產(chǎn)品生命周期，以及利用率都是重要的課題。
泰瑞達針對汽車(chē)電子市場(chǎng)進(jìn)行了多元化布局。公司旗下的J750、UltraFLEX、EAGLE等產(chǎn)品可以幫助客戶(hù)降低工程成本，提升系統魯棒性，同時(shí)用更少的測試單元提供更高產(chǎn)出，并加大良率把控，為客戶(hù)提供質(zhì)量保障和成本有優(yōu)勢。
泰瑞達從1990年到2025年都推出了不同的平臺，令人驚喜的是，一些客戶(hù)現在都還在用在90年代推出的機臺，尤其1995年推出的J750，現在還有很多客戶(hù)都在使用量產(chǎn)。
當然，這也并非說(shuō)明J750一成不變，20年以來(lái)，它已經(jīng)經(jīng)過(guò)了三代升級，每一代板卡密度都在翻番，與此同時(shí)，電源模塊也在不斷跟進(jìn)，隨著(zhù)需求不同增長(cháng)，升級速度也開(kāi)始逐漸縮短。為什么J750如此經(jīng)久耐用，實(shí)際上，它自推出設計指標覆蓋就非常廣泛，穩定性指標MTBF（Mean Time Between Failure）也非常好，可以做到運行一年一塊板卡也不壞。按照利用率來(lái)推算時(shí)間，可以達到8760個(gè)小時(shí)。
UltraFLEXplus平臺于2019年推出，其設計生命周期是20年，中間小版本升級是5年，當然其大框架方向是不變的，泰瑞達在設計平臺之初，就按照一個(gè)開(kāi)放、可升級、可進(jìn)化的框架進(jìn)行。
對于測試來(lái)說(shuō)，實(shí)質(zhì)上無(wú)論車(chē)載芯片、工業(yè)芯片，對于測試機供應商的廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，測試本質(zhì)并沒(méi)有發(fā)生變化，那么車(chē)規芯片測試究竟有有什么不同？
Felix Huang表示，對泰瑞達來(lái)說(shuō)，車(chē)規芯片和工業(yè)芯片測試設備都類(lèi)似，唯一不一樣是后面的數據處理，比如UltraEDGE、FD Engine統計分析，芯片測試要求提高了，不只是看性能規格測試，而是要看它的統計分布、每個(gè)晶圓上的物理分布、最低良率要求、每個(gè)溫度下的要求，這些都需要大數據分析進(jìn)行支持。
目前為止，泰瑞達已經(jīng)利用FD Engine幫助國內幾家國產(chǎn)芯片設計公司，包括細分領(lǐng)域龍頭，實(shí)時(shí)監控測試過(guò)程變化。泰瑞達已扎根中國20多年，未來(lái)，除了持續在國內大方向上發(fā)展，汽車(chē)也是重要方向。
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