战略、技术、生态三位一体,NI携软硬件IP瞄准中国半导体测试

2017年12月05日 10:12    eechina
关键词: 半导体测试 , ATE , SourceAdapt
日前,ICCAD 2017(中国集成电路设计年会暨北京集成电路产业创新发展高峰论坛)圆满召开。中国半导体行业协会集成电路设计分会理事长魏少军教授在会上公布2017年中国IC设计全行业销售额预计为1945.98亿元人民币,同比增长28.15%。按照《国家集成电路产业发展推进纲要》的要求,到2020年销售总额要达到3500亿元人民币,年均复合增长率将达到21.6%,足见市场潜力之巨大。面对正值腾飞的中国半导体市场,测试测量行业领导者——美国国家仪器公司(National Instruments,以下简称NI)携其PXI技术为核心、跨越实验室到产线的高效益半导体测试解决方案亮相ICCAD,意与合作伙伴共享中国半导体产业发展“盛宴”。

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图1:NI携智能测试解决方案亮相ICCAD 2017

NI设立部署上海COE中心,成中国半导体棋局的“天元之着”

诚然,ICCAD仅仅揭晓了中国半导体产业链中的集成电路(IC)设计一角,但其三年实现1500亿元增长“小目标”的利好态势,无疑对产业链中测试测量、封装、代工等服务与需求带来了浪涌般的良性激励。为紧抓中国半导体产业庞大机遇,上下游各领域厂商纷纷在中国大陆市场加大投入,比如格罗方德在成都设厂和最近商务部批准的日月光与矽品收购案等。

媒体报道表明,NI公司2017年在中国上海首次设立部署了Center of Excellence(COE),常驻工程师与研发人员,去研究中国客户的需求,并对应调整NI研发新产品的方向。在重点服务中国半导体客户之外,上海COE更辐射日、韩、甚至整个亚太区半导体产业。据悉,COE这一级别的中心以往仅在NI总部北美才会设立,而上海COE的部署,也标志着NI面向中国半导体产业的一步大棋!

大框架下的平台化技术支撑,NI助攻客户跨越芯片研发到量产测试挑战

在大手笔投入部署上海COE的背后,NI瞄准的正是中国众多半导体公司的需求,这也从魏少军教授解读中国现存1380余家IC设计公司中可窥见一斑。对IC企业而言,不论是Fabless或者OSAT,测试测量是芯片产品从实验室研发到量产等全部环节中不可或缺的重要步骤。但随着5G与物联网时代的来临,芯片设计与测试逐渐面临集成度提高、协议标准复杂度增加的挑战!

“愈发复杂的芯片设计带来指数级增长的测试挑战,因此需要以全新的态度和方案来审视这样的变化。”NI技术市场工程师马力斯在ICCAD 2017同期举行的封装测试与IC设计专题论坛演讲上说道,“在这样的思路下,NI利用平台化技术来帮助客户降低测试成本与加速产品上市时间。”

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图2:马力斯阐述NI测试方案帮助客户降低测试成本

以RF前端IC为例。在早期,诸如功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、双工、滤波器和开关之类的部件被分别销售和集成到移动设备中。到了今天的4G通信,前端模块通常将多个发送和接收链路与复杂的滤波器和开关阵列相结合 “不难理解,随着时间的推移,前端模块甚至天线阵列将进一步集成到单颗芯片中。这一点是技术层面的挑战。”马力斯特别指出。

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图3:芯片设计的集成度随着市场需求而不断提高

与此同时,IC企业对测试平台的需求也在发生变化,他们要求测试平台具有更强的可拓展性、更优秀的可复用性、更低的测试成本、更快的迭代速度等,这意味着测试系统必须具备多样化的功能、高可靠性以及加速time-to-market的能力。这就涉及到商业层面的考虑。因此,无论是实验室的台式仪器,还是产线中昂贵的ATE设备,都无法成为最优解。

于是,基于NI PXI技术的模块化测试平台为这样的客户需求提供了解决思路。“NI拥有开放、活跃的客户生态,能够为不同领域、不同需求的客户提供定制化的解决方案。基于NI PXI模块化技术可打造一个灵活和可扩展的测试平台,从而满足各种复杂的测试需求。” 马力斯称,“这样一个统一的平台,在实验室和产线中的内部硬件构造基本一致,在实验室中使用的高性能仪器,外加针对半导体行业的docking接口,并配合外部的handler、manipulator即可满足半导体产线测试的要求。同时,使用一致的开发环境LabVIEW和测试管理执行软件TestStand,可以在代码上最大化地复用实验室中的内容,并且在数据关联上更加紧密,产线上通过多site并行测试的优势,加速整体测试周期与time-to-market。”

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图4:NI PXI平台跨越实验室到产线测试的“鸿沟”

最新SMU搭配SourceAdapt技术,打造通道上千的超级ATE设备

源测量单元(Source Measure Unit,以下简称SMU)是用于测试各种设备的电流电压(I-V)特性的重要仪器,可同时控制与量测高精度电流、电压,在半导体行业中专为IC设计与验证等实验室提供电性能测试。而NI独有的SourceAdapt技术,则可以针对任意负载自定义SMU响应,使之实现最短上升时间的理想响应,避免出现过压或振荡,确保系统的稳定性。

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图5: SourceAdapt技术可对响应进行自定义,以实现最大稳定性

据介绍,NI SMU将多种仪器集成到单个板卡中,并配合实现自定义瞬态的SourceAdapt技术、高速硬件定时、内置高速数字化仪,在精度、速度和通道密度上都有巨大的优势。以往,NI SMU产品基本分为两大类型,一是为高密度设计的SMU,另外则是为高精度和大功率而设计的系统SMU。如今通过工艺升级与技术创新,NI已推出高密度、高精度的最新一款SMU——PXIe-4163。该SMU直接从原来单张板卡的4通道提升到了24通道,通道密度的大幅增加成为PXIe-4163的最大亮点。

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图6:NI 推出高密度、高精度的24通道SMU PXIe-4163

为何SMU的通道密度如此重要?“在半导体行业中,对于许多量产测试的IC企业而言,SMU通道密度的差异与整体测试效率直接挂钩。”马力斯解释道,“原本的4通道SMU在单个PXI机箱中通道数可达到68。但替换为PXIe-4163这样的SMU,在一个18槽PXI机箱中就可以达到惊人的400多通道;而部署在一个ATE级设备中,通道数将直接上千!”显而易见,这样的通道数提升直接提高了整体的测试并行性,极大地增加了吞吐量,从而降低测试成本。

马力斯称,业界领先的高性能模拟、混合和数字信号处理 IC设计与制造商ADI公司正是采用了NI SMU用于MENS与ADC/DAC的测试中,将PXI及SMU的优势应用到实验室,同时在量产测试阶段使用NI STS,成本是传统方案的1/11,能耗是原来的1/16,进一步降低测试成本和时间。

NI统一平台策略,贯穿多维度测试行业生态

以NI高效开发软件(以LabVIEW为核心)与模块化硬件(以PXI技术为核心)为基础的统一平台,是NI服务与支持辐射全球产业链的关键渠道。这一开放平台推动建立了围绕NI产品开发者、客户以及第三方产品的测试行业生态。据悉,NI在全球范围设立50多个办事处与提供700多名区域工程师支持,同时拥有3万+在线社区会员、8000多所院校教研室以及1000多个联盟伙伴,覆盖工业、国防与航空航天、电子半导体、无线通信、汽车、能源等多领域及行业。

在中国,不可枚举的案例就有东南大学、WICO等院校机构的科研合作,长光卫星的航空航天案例,以及中车青岛四方的高铁预测性维护方案等。事实上,半导体行业中实验室测试与量产测试中间的分界愈发模糊,半导体领域融合成为趋势,也推动跨界的势在必行。这些多领域、跨行业的合作与支持背后,正是NI生态系统不断壮大的重要标志。

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图7:NI统一平台策略,提供生态式服务与支持
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