藏在芯片里的“维修大师”：新思科技TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案如何拯救百万美元损失？

新思科技(Synopsys) TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案是一款全面的集成测试、修复与诊断解决方案，支持任意代工厂或工艺节点下可修复或不可修复的嵌入式存储器。该方案已在超过10亿颗芯片中通过硅验证，覆盖多种工艺节点，是提升先进工艺中制造缺陷的测试质量与修复效率的高性价比解决方案。

获得TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案授权的SoC设计人员、芯片集成商以及领先代工厂，无论身处汽车、物联网，还是企业级和消费类应用领域，除了能得到出色的产品方案性能外，还能灵活享受额外的咨询服务，涵盖存储器自测试(BIST)的规划、生成、植入和验证阶段。

TestMAX™SMS MEMORY BIST方案里有什么？

新思科技TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案具备高度自动化的设计实现与诊断流程，包括Silicon Browser(硅浏览器)和Yield Accelerator(良率加速器)，能帮助SoC设计人员快速完成设计收尾，显著缩短产品上市时间和量产良率达标时间。值得一提的是，TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案还通过了独立认证机构SGS-TUV Saar GmbH的认证，符合ISO 26262 汽车功能安全标准。

此外，该方案还包含经过优化的测试算法，专门用于提高嵌入式闪存(e-flash)和嵌入式磁阻存储器(eMRAM)缺陷的覆盖率，例如在14/16纳米和7纳米FinFET等更先进工艺节点中常见的工艺偏差和电阻性故障，使其能够应用于物联网场景。

更难能可贵的是，TestMAX™ SMS 也提供针对Memory颗粒和SoC Die合封之后针对DDR/HBM 存储颗粒FT和SLT at-speed测试, 这个方案对ADAS，服务器和数据中心的高可靠性芯片设计需求至关重要。

图1：新思科技TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案

具体而言，新思科技TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案解决方案包括：

• 可综合的测试与修复寄存器传输级 SMS MBIST(RTL)IP

• TestMAX™ SMS RTL 流程：自动化测试与修复RTL IP的规划、生成、植入和验证流程

• TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案良率加速器：自动化生成适用于测试设备的WGL/STIL/SVF格式测试图形，支持测试算法可编程性，以及硅后故障诊断和故障分类

• TestMAX™ SMS MEMORY BIST Silicon Browser：通过个人电脑或工作站提供交互式存储器硅调试功能

• ECC (纠错码) Compiler：自动生成适用于单端口和多端口SRAM存储器的ECC Verilog代码、测试平台和脚本

• DDR/HBM DRAM BIST：通过JTAG为 DDR、LPDDR和HBM等外置存储器提供高覆盖率、高性价比的测试方案，可选配封装后修复(PPR)和诊断功能，支持量产阶段或现场测试

• CAM (内容可寻址存储器) BIST：支持专用内容可寻址存储器，如二进制CAM、三态 CAM和XYCAM，并兼容常见CAM功能

• E-flash and eMRAM BIST:支持嵌入式闪存(e-flash)和嵌入式磁阻存储器(eMRAM) BIST.

从产品性能角度来说，行业可靠性最高最全的Memory测试算法和低面积成本灵活的可编程测试算法支持确保了测试质量，极速的Memory 并行repair 技术为低功耗移动设备提供最好的开机速度和电池续航使用体验，PhysicalAware 7层诊断信息助力良率的快速提升和全自动化的TestMAX™ SMS flow和智能化的MMB(Multiple Memory Bus) structure tracing flow 在提升项目执行的生产力同时可以把MBIST 面积开销减少到2~3%，是TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案具备的标志性特点。

例如，借助预配置的测试总线，TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案可对高性能处理器内核进行全速测试与修复。该测试总线能在测试模式下访问内核内部的存储器，并通过共享的多存储器总线(MMB)执行测试，同时将存储器测试与修复逻辑置于IP内核外部，避免对处理器内核性能造成影响(见图1)。

同时，得益于具备完整的测试算法可编程性，包含用于执行测试算法的BIST模块，用户可在RTL层面或硅片层面替换BIST模块中的默认测试算法，既能选用新思科技TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案提供的丰富算法库，也能编写自定义算法。

但很显然，仅有出色的产品性能是远远不够的。为让所有存储器开发者都能使用TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案，新思科技还推出了一种专门的存储器描述语言——MASIS。这样一来，MASIS语言配合MASIS编译器，就可简化并自动化TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案所使用的存储器视图的创建与验证流程。通过为TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案提供开放接口，无论用户是否选择使用新思科技的存储器，都能充分发挥该系统的价值(见图2) 。

图2：新思科技TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案解决方案有助于挽回价值数百万美元的芯片损失，降低测试成本，并缩短量产时间

加速释放TestMAX™SMS MEMORY BIST方案的应用潜能

对开发人员来说，当产品设计从首颗硅片向量产过渡时，如何能够快速、经济且精准地识别、分析、隔离和分类存储器故障，一直是从业者关心的核心问题。

依托新思科技TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案的基础架构，良率加速器可自动生成测试设备所需的向量，并基于硅片测试结果提供故障分析及根本原因排查指导。借助这一功能，测试工程师和产品工程师无需依赖IP供应商或SoC设计人员，就能快速分析嵌入式存储器中出现的故障，查看每个故障的物理位置和类别，从而确定根本原因。

接下来，TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案内置的自诊断模块会开启片上自修复功能。与复杂的外部修复流程不同，SMS MEMORY BIST方案的片上修复是完全自动化的，自诊断模块会确定存储器缺陷的位置，并通过扫描输出故障数据为硅片调试提供错误日志。在测试具有冗余设计且存在故障的存储器时，内置的修复与冗余分配模块会识别可用的冗余元件，并确定最优的冗余配置方案。

然后，通过将时序关键型测试与修复逻辑固化在存储器硬核宏中，新思科技TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案实现了与新思科技嵌入式存储器编译器的独特集成。将时序关键型测试与修复逻辑优化放置在存储器附近，有助于加快设计收敛速度、提升性能、优化面积并降低功耗。

另一方面，TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案硅浏览器具备先进的自动化功能，可通过JTAG端口与芯片中TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案的基础架构进行交互式通信，用于硅片流片后的启动、系统调试、嵌入式存储器的诊断与特性分析。硅浏览器的独特功能支持从工程师的桌面端全面提取存储器内容、进行多角落和多电压特性分析、实现精确的物理故障定位、缺陷分类以及冗余利用分析，且无需依赖昂贵的自动测试设备。

实战，是检验产品的唯一标准

让我们以汽车芯片测试为例，来看一看新思科技TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案是如何在生产环节和实际使用中测试汽车芯片，以确保其性能符合预期的。

众所周知，近年来，汽车芯片已成为半导体行业中规模最大、复杂度最高的芯片之一。高级驾驶辅助系统(ADAS)需集成多种传感器数据并实时分析。人工智能(AI)技术的广泛应用正推动自动驾驶市场的发展。控制核心驾驶功能的芯片必须杜绝因制造缺陷导致的故障，其生产测试需实现低于百万分之一(DPPM)的缺陷率。

汽车芯片还必须避免因严苛环境或硅老化引发的故障。即使车辆高速行驶时，片上自检系统也需实时检测并妥善处理故障。内置自测试(BIST)方案需同时覆盖逻辑(LBIST)和存储器(MBIST)。鉴于AI的计算需求及汽车市场的竞争性，测试系统必须对芯片的功耗、性能和面积(PPA)影响最小化。

汽车芯片需满足多项行业标准，包括功能安全(FuSa)标准ISO 26262。芯片中通常需集成纠错码(ECC)和三模冗余(TMR)等安全机制以检测现场故障。所有测试逻辑即使在最恶劣环境下也需可靠运行，包括对自身功能的故障检测。软件功能安全支持则确保一旦检测到不可恢复故障，车辆能安全停靠至指定位置。

汽车芯片测试挑战

完整的汽车芯片测试方案包含多项要素，部分由ISO 26262强制要求。例如，该标准定义了单点故障度量(SPFM)并要求计算此指标。合规还需对寄存器传输级(RTL)设计或门级网表进行静态功能安全分析，且分析必须高效以避免影响项目进度。分析结果可能引发设计变更以提升功能安全。

标准还要求采用高精度故障模拟技术，确保高概率捕获制造缺陷。除快速模拟外，需采用超越传统单固定故障(SSF)的先进模型，包括过渡、路径延迟、保持时间、基于松弛、静态桥接、动态桥接、单元感知及IDDQ模型。功能模拟到故障模拟的转换必须无缝衔接，避免伪失配。

测试逻辑结构(如LBIST、MBIST、ECC、处理器接口及测试访问端口TAP调试)的插入需最大限度减少人工干预。由于片上内存有限，这些结构还需支持外部DRAM和高速内存接口的全速测试。此类功能可通过成熟IP库和可测试性设计(DFT)工具自动实现。

成熟解决方案

为满足上述所有需求需综合性方案，新思科技推出了TestMAX™ 测试自动化套件。结合VC功能安全管理器，它提供ISO 26262要求的所有可测试性分析、自动插入测试结构、运行测试模式生成(ATPG)，并将模式转换为产线所需要的格式。

该方案的LBIST功能支持多样化应用，包括：

• 上电自检(POST)：系统内测试控制器执行预编程或固化间隔，处理通过/失败判定

• 系统内测试(IST)：CPU可编程测试间隔，由安全管理器直接管理或通过本地内存更新数据

• 系统内调试测试(ISDT)：通过IEEE Std 1687/1500网络实现外部TAP访问

• 生产测试：确定性扫描模式生成，支持额外扫描通道提升测试吞吐量

方案提供开箱即用的脚本，覆盖测试规划、生成、插入与验证全流程。其中，TestMAX™ SMS硅浏览器支持硅后启动、调试、诊断与特性分析；TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案更提供全面的嵌入式及片外存储器测试、修复与诊断集成方案。

图3：TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案不仅能进行测试和诊断，还具备实际修复存储器的能力

结语

新思科技TestMAX™ SMS MEMORY BIST方案以全面的集成测试、修复与诊断能力为核心，凭借自动化流程、多样化功能及对多领域标准的合规性，有效满足了汽车、物联网等场景对半导体产品在性能、安全性和可靠性上的严苛需求。无论是加速设计周期、提升量产良率，还是应对复杂的测试挑战，其都展现出强劲的技术支撑力，未来将持续助力半导体产业链在技术进阶与应用拓展中突破前行。