日前，ICCAD 2017(中國集成電路設計年會暨北京集成電路產業創新發展高峰論壇)圓滿召開。中國半導體行業協會集成電路設計分會理事長魏少軍教授在會上公布2017年中國IC設計全行業銷售額預計為1945.98億元人民幣，同比增長28.15%。按照《國家集成電路產業發展推進綱要》的要求，到2020年銷售總額要達到3500億元人民幣，年均復合增長率將達到21.6%，足見市場潛力之巨大。面對正值騰飛的中國半導體市場，測試測量行業領導者——美國國家儀器公司(National Instruments，以下簡稱NI)攜其PXI技術為核心、跨越實驗室到產線的高效益半導體測試解決方案亮相ICCAD，意與合作伙伴共享中國半導體產業發展“盛宴”。
圖1：NI攜智能測試解決方案亮相ICCAD 2017
NI設立部署上海COE中心，成中國半導體棋局的“天元之著”
誠然，ICCAD僅僅揭曉了中國半導體產業鏈中的集成電路(IC)設計一角，但其三年實現1500億元增長“小目標”的利好態勢，無疑對產業鏈中測試測量、封裝、代工等服務與需求帶來了浪涌般的良性激勵。為緊抓中國半導體產業龐大機遇，上下游各領域廠商紛紛在中國大陸市場加大投入，比如格羅方德在成都設廠和最近商務部批準的日月光與矽品收購案等。
媒體報道表明，NI公司2017年在中國上海首次設立部署了Center of Excellence(COE)，常駐工程師與研發人員，去研究中國客戶的需求，并對應調整NI研發新產品的方向。在重點服務中國半導體客戶之外，上海COE更輻射日、韓、甚至整個亞太區半導體產業。據悉，COE這一級別的中心以往僅在NI總部北美才會設立，而上海COE的部署，也標志著NI面向中國半導體產業的一步大棋！
大框架下的平臺化技術支撐，NI助攻客戶跨越芯片研發到量產測試挑戰
在大手筆投入部署上海COE的背后，NI瞄準的正是中國眾多半導體公司的需求，這也從魏少軍教授解讀中國現存1380余家IC設計公司中可窺見一斑。對IC企業而言，不論是Fabless或者OSAT，測試測量是芯片產品從實驗室研發到量產等全部環節中不可或缺的重要步驟。但隨著5G與物聯網時代的來臨，芯片設計與測試逐漸面臨集成度提高、協議標準復雜度增加的挑戰！
“愈發復雜的芯片設計帶來指數級增長的測試挑戰，因此需要以全新的態度和方案來審視這樣的變化。”NI技術市場工程師馬力斯在ICCAD 2017同期舉行的封裝測試與IC設計專題論壇演講上說道，“在這樣的思路下，NI利用平臺化技術來幫助客戶降低測試成本與加速產品上市時間。
圖2：馬力斯闡述NI測試方案幫助客戶降低測試成本
以RF前端IC為例。在早期，諸如功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、雙工、濾波器和開關之類的部件被分別銷售和集成到移動設備中。到了今天的4G通信，前端模塊通常將多個發送和接收鏈路與復雜的濾波器和開關陣列相結合 “不難理解，隨著時間的推移，前端模塊甚至天線陣列將進一步集成到單顆芯片中。這一點是技術層面的挑戰。”馬力斯特別指出。
圖3：芯片設計的集成度隨著市場需求而不斷提高
與此同時，IC企業對測試平臺的需求也在發生變化，他們要求測試平臺具有更強的可拓展性、更優秀的可復用性、更低的測試成本、更快的迭代速度等，這意味著測試系統必須具備多樣化的功能、高可靠性以及加速time-to-market的能力。這就涉及到商業層面的考慮。因此，無論是實驗室的臺式儀器，還是產線中昂貴的ATE設備，都無法成為最優解。
于是，基于NI PXI技術的模塊化測試平臺為這樣的客戶需求提供了解決思路。“NI擁有開放、活躍的客戶生態，能夠為不同領域、不同需求的客戶提供定制化的解決方案。基于NI PXI模塊化技術可打造一個靈活和可擴展的測試平臺，從而滿足各種復雜的測試需求。” 馬力斯稱，“這樣一個統一的平臺，在實驗室和產線中的內部硬件構造基本一致，在實驗室中使用的高性能儀器，外加針對半導體行業的docking接口，并配合外部的handler、manipulator即可滿足半導體產線測試的要求。同時，使用一致的開發環境LabVIEW和測試管理執行軟件TestStand，可以在代碼上最大化地復用實驗室中的內容，并且在數據關聯上更加緊密，產線上通過多site并行測試的優勢，加速整體測試周期與time-to-market。”
圖4：NI PXI平臺跨越實驗室到產線測試的“鴻溝”
最新SMU搭配SourceAdapt技術，打造通道上千的超級ATE設備！
源測量單元(Source Measure Unit，以下簡稱SMU)是用于測試各種設備的電流電壓(I-V)特性的重要儀器，可同時控制與量測高精度電流、電壓，在半導體行業中專為IC設計與驗證等實驗室提供電性能測試。而NI獨有的SourceAdapt技術，則可以針對任意負載自定義SMU響應，使之實現最短上升時間的理想響應，避免出現過壓或振蕩，確保系統的穩定性。
圖5： SourceAdapt技術可對響應進行自定義，以實現最大穩定性
據介紹，NI SMU將多種儀器集成到單個板卡中，并配合實現自定義瞬態的SourceAdapt技術、高速硬件定時、內置高速數字化儀，在精度、速度和通道密度上都有巨大的優勢。以往，NI SMU產品基本分為兩大類型，一是為高密度設計的SMU，另外則是為高精度和大功率而設計的系統SMU。如今通過工藝升級與技術創新，NI已推出高密度、高精度的最新一款SMU——PXIe-4163。該SMU直接從原來單張板卡的4通道提升到了24通道，通道密度的大幅增加成為PXIe-4163的最大亮點。
圖6：NI 推出高密度、高精度的24通道SMU PXIe-4163
為何SMU的通道密度如此重要？“在半導體行業中，對于許多量產測試的IC企業而言，SMU通道密度的差異與整體測試效率直接掛鉤。”馬力斯解釋道，“原本的4通道SMU在單個PXI機箱中通道數可達到68。但替換為PXIe-4163這樣的SMU，在一個18槽PXI機箱中就可以達到驚人的400多通道；而部署在一個ATE級設備中，通道數將直接上千！”顯而易見，這樣的通道數提升直接提高了整體的測試并行性，極大地增加了吞吐量，從而降低測試成本。
馬力斯稱，業界領先的高性能模擬、混合和數字信號處理 IC設計與制造商ADI公司正是采用了NI SMU用于MENS與ADC/DAC的測試中，將PXI及SMU的優勢應用到實驗室，同時在量產測試階段使用NI STS，成本是傳統方案的1/11，能耗是原來的1/16，進一步降低測試成本和時間。
NI統一平臺策略，貫穿多維度測試行業生態
以NI高效開發軟件(以LabVIEW為核心)與模塊化硬件(以PXI技術為核心)為基礎的統一平臺，是NI服務與支持輻射全球產業鏈的關鍵渠道。這一開放平臺推動建立了圍繞NI產品開發者、客戶以及第三方產品的測試行業生態。據悉，NI在全球范圍設立50多個辦事處與提供700多名區域工程師支持，同時擁有3萬+在線社區會員、8000多所院校教研室以及1000多個聯盟伙伴，覆蓋工業、國防與航空航天、電子半導體、無線通信、汽車、能源等多領域及行業。
在中國，不可枚舉的案例就有東南大學、WICO等院校機構的科研合作，長光衛星的航空航天案例，以及中車青島四方的高鐵預測性維護方案等。事實上，半導體行業中實驗室測試與量產測試中間的分界愈發模糊，半導體領域融合成為趨勢，也推動跨界的勢在必行。這些多領域、跨行業的合作與支持背后，正是NI生態系統不斷壯大的重要標志。
圖7：NI統一平臺策略，提供生態式服務與支持
關于NI
自1976年以來，NI (www.ni.com) 一直致力于提供各種強大的基于平臺的系統來幫助工程師和科學家提高效率和加速創新，以解決全球面臨的重大工程挑戰。 從醫療、汽車、消費電子產品到粒子物理等各行各業的客戶正在使用NI的集成軟硬件平臺來改善我們生活的環境。