التحقق بعد تصنيع السيليكون

يعد التحقق من صحة الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات وتصحيح الأخطاء الخطوة الأخيرة في تطويرها .

عملية ما قبل السيليكون

خلال مرحلة ما قبل تصنيع الرقاقة، يختبر المهندسون الأجهزة في بيئة افتراضية باستخدام أدوات محاكاة متطورة وأدوات تحقق رسمية . في المقابل، تُجرى اختبارات التحقق بعد تصنيع الرقاقة على أجهزة فعلية تعمل بسرعات عالية ضمن لوحات أنظمة تجارية واقعية، باستخدام محلل منطقي وأدوات تعتمد على التأكيدات .

التفكير المنطقي

تنفق شركات أشباه الموصلات الكبرى ملايين الدولارات على ابتكار مكونات جديدة؛ وهذه هي " التكاليف الثابتة " لتنفيذ التصميم. لذا، من الضروري أن تعمل الشريحة الجديدة بكفاءة تامة وفقًا لمواصفاتها، وأن تُطرح في السوق ضمن أطر زمنية محددة. حتى تأخير لبضعة أسابيع قد يُكلف عشرات الملايين من الدولارات. لذلك، يُعد التحقق من صحة الشريحة بعد تصنيعها من أهم الخطوات لضمان نجاح تنفيذ التصميم.

تصديق

تُعدّ الرقائق الإلكترونية التي تضم 500 ألف عنصر منطقي بمثابة العقول الإلكترونية داخل الهواتف المحمولة، ومشغلات MP3، وطابعات الكمبيوتر وملحقاتها، وأجهزة التلفزيون الرقمية، وأنظمة التصوير الطبي، والمكونات المستخدمة في سلامة وراحة وسائل النقل، وحتى أنظمة إدارة المباني. ونظرًا لانتشارها الواسع بين المستهلكين، أو لأهميتها البالغة في التطبيقات الحيوية، يجب على الشركة المصنعة التأكد تمامًا من أن الجهاز قد خضع لاختبارات التحقق الشاملة.

إن أفضل طريقة لتحقيق مستوى عالٍ من الثقة هي الاستفادة من أعمال التحقق التي تُجرى قبل تصنيع الرقاقة - والتي قد تصل تكلفتها إلى 30% من التكلفة الإجمالية للتنفيذ - وتوظيف هذه المعرفة في نظام ما بعد التصنيع. واليوم، يُنجز جزء كبير من هذا العمل يدويًا، مما يُفسر جزئيًا التكاليف المرتفعة المرتبطة بالتحقق من صحة النظام. ومع ذلك، فقد طُرحت مؤخرًا بعض الأدوات لأتمتة عملية التحقق من صحة النظام بعد تصنيع الرقاقة.

مراقبة

تتمتع بيئات التصميم القائمة على المحاكاة بميزة هائلة تتمثل في إمكانية المراقبة شبه الكاملة ، ما يعني أن المصمم يستطيع رؤية أي إشارة في أي وقت تقريبًا. إلا أنها تعاني من محدودية كمية البيانات التي يمكنها توليدها أثناء التحقق من صحة النظام بعد تصنيعه. فالعديد من الأجهزة المعقدة لا تُظهر مشاكلها إلا بعد أيام أو أسابيع من الاختبار، وتنتج كمية هائلة من البيانات التي قد تستغرق قرونًا لإعادة إنتاجها على جهاز محاكاة. أما المحاكيات القائمة على مصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPGA) ، وهي جزء راسخ من معظم تقنيات التنفيذ، فهي أسرع من المحاكيات البرمجية، لكنها لا توفر الاختبارات الشاملة بسرعة النظام اللازمة لضمان موثوقية الجهاز.

علاوة على ذلك، تتفاقم مشكلة التحقق من صحة التصميم بعد تصنيعه، مع ازدياد تعقيد التصميم نتيجةً للتقدم الهائل في معالجة مواد أشباه الموصلات. وتتزايد المدة الزمنية بين إنتاج النموذج الأولي للسيليكون - ما يُسمى "السيليكون الأول" - والإنتاج بكميات كبيرة، ما يؤدي إلى تسرب بعض العيوب إلى العملاء. كما تتزايد التكاليف المرتبطة بحماية الملكية الفكرية. ويركز القطاع اليوم على التقنيات التي تُمكّن المصممين من إعادة استثمار أموالهم في التحقق قبل تصنيع السيليكون بشكل أفضل في التحقق بعد تصنيعه. وتتيح أفضل هذه الحلول إمكانية رؤية شاملة على مستوى الدائرة المتكاملة، قابلة للتطوير، ومؤتمتة، وبأسعار معقولة.

فوائد

يشمل التحقق بعد تصنيع السيليكون جميع جهود التحقق التي تُبذل على النظام بعد توفر النماذج الأولية القليلة من السيليكون، ولكن قبل طرح المنتج في السوق. فبينما كان معظم هذا الجهد في الماضي مُخصصًا للتحقق من الجوانب الكهربائية للتصميم، أو تشخيص عيوب التصنيع المنهجية، يركز جزء متزايد من هذا الجهد اليوم على التحقق الوظيفي للنظام. ويعود هذا التوجه في معظمه إلى تزايد تعقيد الأنظمة الرقمية، مما يحد من نطاق التحقق الذي توفره منهجيات ما قبل تصنيع السيليكون التقليدية. ونتيجة لذلك، يبقى عدد من الأخطاء الوظيفية في السيليكون المُصنّع، وتتمثل مهمة التحقق بعد تصنيع السيليكون في اكتشافها وتشخيصها حتى لا تنتقل إلى النظام المُطرح في السوق. غالبًا ما تكون الأخطاء في هذه الفئة أخطاءً على مستوى النظام وحالات نادرة مُتوارية في أعماق فضاء حالة التصميم: ونظرًا لأن هذه المشكلات تشمل العديد من وحدات التصميم، يصعب تحديدها باستخدام أدوات ما قبل تصنيع السيليكون، التي تتميز بقابلية توسع وأداء محدودين.

من ناحية أخرى، يتميز التحقق بعد تصنيع السيليكون بأداء خام عالٍ للغاية، حيث تُجرى الاختبارات مباشرةً على السيليكون المصنّع. في الوقت نفسه، يطرح هذا النوع من التحقق تحديات عديدة أمام منهجيات التحقق التقليدية، نظرًا لمحدودية إمكانية المراقبة الداخلية وصعوبة تطبيق التعديلات على رقائق السيليكون المصنّعة. ويؤدي هذان العاملان بدورهما إلى تحديات بالغة الأهمية في تشخيص الأخطاء وتصحيحها.