當前，傳統(tǒng)單片式SoC設計在擴展性上遭遇不少瓶頸，AI與HPC行業(yè)正加快向芯粒（Chiplet）設計架構(gòu)轉(zhuǎn)變，以追求極致性能。不過，異構(gòu)集成技術(shù)在推動半導體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的同時，也大大增加了芯片設計的復雜度，這就需要更先進的測試方法和優(yōu)化的自動測試設備（ATE），來保障信號完整性、測試精度和性能表現(xiàn)。

隨著半導體器件復雜度的提高，器件測試面臨的挑戰(zhàn)越來越嚴峻。高速測試需要高帶寬測試數(shù)據(jù)接口來支撐已知合格芯片（KGD）的驗證，同時要在合理時間內(nèi)實現(xiàn)高測試覆蓋率和低DPPM（每百萬件缺陷數(shù)）。在把單個芯粒集成到復雜的2.5D或3D封裝前，確保其達到最高測試覆蓋率非常關(guān)鍵，這樣能有效避免芯粒組合封裝后出現(xiàn)良率損失。

異構(gòu)集成使得測試向量需求大幅增加，但可用于執(zhí)行測試的通用輸入輸出（GPIO）引腳數(shù)量卻很有限。GPIO的速度限制了測試數(shù)據(jù)吞吐量，導致難以高效實現(xiàn)當前設計所需的全面測試覆蓋率。雖然傳統(tǒng)高速I/O協(xié)議（如PCIe、USB）能滿足帶寬需求，但硬件成本很高。

復雜異構(gòu)芯片導致測試成本上升

在HPC與AI計算芯片領(lǐng)域，功能復雜度的提升讓驗證步驟明顯增加。而在I/O引腳受限的情況下，驗證時間常常成為瓶頸，不僅延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，還大幅推高了測試成本。

尤其是在多芯片設計中，高帶寬測試訪問端口稀缺的問題更為突出。行業(yè)急需一種I/O解決方案：速度要遠高于GPIO，且不需要額外增加硬件組件或依賴復雜的初始化/校準協(xié)議，同時能在先進制造工藝下保持良好的信號完整性。

新思科技（Synopsys）高速測試IO解決方案是經(jīng)過專門優(yōu)化的GPIO方案，能精準匹配上述高速測試需求。該產(chǎn)品組合有獨特優(yōu)勢：單個I/O可根據(jù)應用場景靈活復用——在可制造性測試階段作為“測試端口”，調(diào)試階段用于“高速時鐘觀測”，量產(chǎn)階段則配置為“GPIO”。這種多功能集成特性，使其成為業(yè)界唯一能全面覆蓋制造測試全流程需求的解決方案。

高速測試IO的優(yōu)勢：

簡化測試，提升可靠性

新思科技高速測試IO解決方案的數(shù)據(jù)速率遠超傳統(tǒng)測試I/O，既能匹配主流測試設備的技術(shù)規(guī)格，又能支持高速可靠性測試，且無需遵循特定協(xié)議規(guī)范。其核心優(yōu)勢在于流程簡化——無需執(zhí)行初始化、校準或訓練序列等復雜步驟，最大工作速率經(jīng)過精密仿真與驗證，在確保系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時，從根本上消除了信號完整性顧慮。

此外，該解決方案針對HPC應用的功耗效率需求進行了專門優(yōu)化，在GPIO模式及非測試場景下可實現(xiàn)顯著的節(jié)能效果。單端I/O設計還提供了面積優(yōu)化的低成本實現(xiàn)路徑。在部署靈活性方面，該解決方案同樣表現(xiàn)出色：其可擴展性設計既不限制I/O數(shù)量，也不約束物理布局位置——支持左側(cè)、右側(cè)或環(huán)繞芯片布局，這種靈活的布局方式可使I/O貼近被測電路部署，大幅提升驗證效率與使用便捷性。

圖1：新思科技高速測試IO的測試與實現(xiàn)

多模式設計：兼顧性能提升與功耗優(yōu)化

當芯片設計轉(zhuǎn)向Chiplet架構(gòu)時，許多傳統(tǒng)高速接口在單顆Chiplet上已無法復用。芯粒間通信依賴裸片間接口（如HBM、UCIe），這類接口占據(jù)了大部分可用連接端口，導致可用于外部測試訪問的接口數(shù)量進一步受限。

鑒于封裝引腳的寶貴性，新思科技高速測試IO支持在現(xiàn)場運行時，將同一高速測試引腳復用為低功耗GPIO。該方案具備高度靈活性，可適配內(nèi)建自測（BIST）、掃描測試等多種測試場景，確保實現(xiàn)最大測試覆蓋率。此外，該設計僅需單個單端焊盤（PAD）即可完成信號傳輸與測試，簡化了PCB布局設計，有效減少焊盤占用數(shù)量并提升資源利用率。

這一架構(gòu)在SoC驗證階段同步實現(xiàn)了測試效率、可觀測性與可維護性的提升，具體體現(xiàn)在以下三大場景：

測試場景：高速測試IO在制造階段作為測試端口，可在ATE設備與SoC之間實現(xiàn)高達3Gbps的數(shù)據(jù)傳輸，同時支持裸片（晶圓級）測試和封裝級測試。

觀測場景：該I/O可復用為參考驗證平臺（RVP）板上的高速時鐘觀測端口，用于精準監(jiān)測時鐘信號（CLK）。

低功耗場景：在量產(chǎn)階段，同一端口可配置為GPIO，常規(guī)工作頻率最高可達200MHz，且支持低功耗模式。

結(jié)論

隨著SoC復雜度的持續(xù)提升，確保芯片功能完整性與高良率的測試挑戰(zhàn)日益凸顯。新思科技高速測試IO作為一款創(chuàng)新IP解決方案，通過高效利用有限的封裝引腳，成功破解了復雜半導體器件的高速測試難題——既能支持高速測試需求，又能在量產(chǎn)模式下實現(xiàn)低功耗GPIO功能。這一獨特方案不僅顯著縮短測試時間、提升先進ATE設備的測試吞吐量，更規(guī)避了復雜接口協(xié)議的引入，完美平衡了高速性能與應用成本。目前，新思科技I/O團隊正致力于在全球領(lǐng)先的晶圓代工廠的先進工藝節(jié)點中提供該高速測試IO IP的全面支持。如需了解更多信息，可訪問新思科技高速測試IO產(chǎn)品頁面或下載技術(shù)手冊。

作者：新思科技 Lakshmi Jain, Wei-Yu Ma

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