Synopsys 汽车测试解决方案：ISO 26262 认证

SNUG Penang 2017 2017 37 页

Synopsys 汽车测试解决方案：ISO 26262 认证

会议: SNUG 2017 Penang (Aug 21, 2017) 作者: Eric Lim, Synopsys 页数: 37

第 1 页 — 封面

Synopsys 汽车测试解决方案 — ISO 26262 认证解决方案 Eric Lim, Synopsys

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第 2 页 — 汽车 IC 测试挑战

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汽车 IC 测试面临的关键挑战：

- 高复杂度（High Complexity）：AMS（定制）、接口 IP、存储器、逻辑 - 快速周转时间（Fast Turnaround Time） - 有限引脚下的高压缩（High Compression with Fewer Test Pins） - 低成本（Low Cost） - 系统内和上电自测试（In-System and Power-On Self-Test） - 安全关键测试（Safety-Critical Test） - "尽可能最高"的质量（"Highest Possible" Quality） - 超低 DPPM 缺陷百万分率（Ultra-Low DPPM） - 高度可测试的设计（Highly Testable Designs） - 可预测的质量（Predictable Quality）

第 3 页 — Synopsys 汽车测试解决方案概览

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通过 ISO 26262 功能安全认证

- 可测试性分析：SpyGlass DFT ADV - SoC 测试集成：STAR 层次化系统 - 引脚受限下的压缩：DFTMAX Ultra - 内建自测试：DFTMAX LogicBIST、STAR Memory System - 高级故障模型：TetraMAX Automotive ATPG、Z01X 故障仿真

更高品质与安全 —— 以更低的成本和更快的周转时间

第 4 页 — 解决方案（重复页，强调 STAR Memory System 和 DesignWare）

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同上，强调 DesignWare STAR Memory System 和 DFTMAX LogicBIST。

第 5 页 — SpyGlass DFT ADV：全面的可测试性分析

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SpyGlass DFT ADV 提供：

- 连接性验证：在 SoC 组装时验证 DFT 连接，检测预期的和异常的路径 - DFT 违例检查：确保 RTL 是扫描就绪的，加速 DFT 流程 - ATPG 覆盖率估算：判断 RTL 设计是否达到故障覆盖率目标 - 可测试性分析（测试点）：找出难以测试的区域，减少测试向量和测试成本

通过在 RTL 或网表阶段早期诊断 DFT 问题来提升测试质量。

第 6 页 — 解决方案（重复导航页）

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第 7 页 — 基于多种故障模型的测试对低 DPPM 至关重要

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- 系统集成商要求低于 1 DPPM 缺陷百万分率 - 低 DPPM 需要高缺陷覆盖率 - 使用不同故障模型运行 ATPG 可增加缺陷覆盖率 - 不同故障模型针对不同类型的故障： - Stuck-at（固定型）：静态故障 - Transition（跳变）：延迟故障 - IDDQ：漏电流 - Bridging（桥接）：由桥接引起的静态/延迟故障 - 等等

*百分比 = 每种测试类型覆盖的所有失效零件比例*

第 8 页 — TetraMAX II ATPG

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TetraMAX II ATPG 特性：

- 10 倍速的向量生成 - 25% 更少的测试向量 - 量产验证过的接口 - ISO 26262 认证 - 与 PrimeTime、HSPICE、StarRC、Yield Explorer 集成 - 细粒度多线程 - 硅诊断

降低 25% 测试成本，运行时加速一个数量级

第 9 页 — TetraMAX 汽车级 ATPG：高级故障模型

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用于制造测试的高级故障模型，实现汽车标准的超低 DPPM：

- Slack-Based（基于时序余量） - IDDQ - Transition（跳变） - Static Bridging（静态桥接） - Path Delay（路径延迟） - Hold-Time（保持时间） - Cell-Aware（单元感知） - Dynamic Bridging（动态桥接）

第 10 页 — Cell-Aware ATPG 与诊断

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Cell-Aware ATPG 的优势：

- 增加缺陷覆盖率，降低 DPPM —— 适用于汽车、新兴节点、FinFET - 简单快速的库特征化 —— 从 Liberty 文件中提取所需数据 - 改善物理失效分析和良率学习的周转时间 —— 与 Yield Explorer 集成

第 11 页 — Slack-Based 测试覆盖更小延迟的缺陷

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Slack-Based 测试：

- 实现超低 DPPM —— 延迟有效性高于标准跳变延迟测试 - 使用 PrimeTime 的时序余量数据 —— 易于部署 - 提供统一流程：基于余量的 ATPG 用于小延迟缺陷，标准跳变延迟 ATPG 用于其他延迟缺陷 - 确保高质量的汽车级测试 —— 量产验证可降低 DPPM

第 12 页 — Slack-Based 测试结果：STMicroelectronics 案例

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STMicroelectronics 的 Slack-Based 与其他延迟测试对比：

延迟缺陷类别 d1-d4 覆盖对比显示： - 仅 SBT 覆盖了额外 12% 的缺陷 - TD（跳变延迟）覆盖和 SBT 覆盖互补

第 13 页 — Slack-Based 测试关键成果

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- 更低的 DPPM：< 15 DPPM - 更高的质量 - 更高的覆盖率 - 更少的测试逃逸 - 更好的延迟测试 - 更高的延迟有效性

第 14 页 — Cell-Aware + Slack-Based 测试

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下一代故障模型：

- Cell-Aware：检测单元内部的故障（VDD 相关） - Slack-Based：检测最长路径上的故障

二者结合实现汽车标准的超低 DPPM。

第 15 页 — Z01X 高性能故障仿真

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Z01X 特性：

- 业界领先的门级和 RTL 级故障仿真器 - 汽车设计中大量使用以降低 DPPM —— 例如：测试复位线和测试模式信号 - 支持 Cell-Aware 故障，确保理解单元内部的缺陷覆盖 - 跨功能向量和 ATPG 向量的一致覆盖率报告

通过故障仿真补充 ATPG 以降低 DPPM。

第 16 页 — 解决方案（重复导航页）

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第 17 页 — 系统内和上电自测试（BIST）

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BIST 内建自测试 在汽车中的应用：

- 安全关键电路必须在运行期间检查错误以符合 ISO 26262 道路车辆功能安全 - 逻辑和存储器 BIST 被广泛使用 - BIST 用于功能安全： - 多核和冗余系统支持的系统内自测试 - 分治式 BIST 与控制器 - 上电自测试 - BIST 也用于可靠性测试：板载调试、老化测试、性能漂移监控

第 18 页 — DFTMAX LogicBIST 流程和架构

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DFTMAX LogicBIST：

- 内置于 Design Compiler：综合期间解决时序、面积、功耗和测试目标 - 无需 RTL 修改，低面积开销 - 与 DFTMAX 和 TetraMAX 紧密链接：测试点分析与综合、快速签名计算、覆盖率报告 - 快速周转时间 - 满足 ISO 26262 要求

多次流片评估为符合 ISO 26262

第 19 页 — 物理感知测试点

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物理感知测试点的优势：

- 提升 ATPG 和 LBIST 结果质量 —— 更高覆盖率、更少向量 - 简单流程，最小化工作量 - 拥塞感知、时序感知：使用物理信息 - 最小面积影响：最优共享、复用功能触发器 - 利用 SpyGlass DFT ADV 和 Design Compiler Graphical

提高测试覆盖率，无时序和低面积影响

第 20 页 — 物理感知测试点 LBIST 结果

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设计 D1-D7 的 LBIST 覆盖率提升结果：

设计测试点数覆盖率提升
D1206~15%
D2140~2%
D3869~40%
D4500~38%
D5153~27%
D650~8%
D7338~18%

实现改善：无物理数据 vs. 有物理数据。

第 21 页 — Bosch 的物理感知测试点结果

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- 基于 SpyGlass 的测试点满足了安全关键汽车 IC 中 LBIST 覆盖率和运行时间要求 - 有限的面积开销 —— 测试点寄存器共享 - 少量向量实现目标覆盖率 —— 测试点有助于最小化运行时间

Bosch 成功结果，最少的测试点寄存器数量。

第 22 页 — DesignWare STAR Memory System

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DesignWare STAR Memory System：

- 嵌入式与外部存储器测试、修复与诊断 - 已在汽车 IC 上硅验证 - 支持 IEEE 1500、MMB 处理器、SMS 处理器、Cache Group、测试总线、Wrapper - 集成 CPU、eFUSE、TAP、Server

第 23 页 — 汽车对存储器 BIST 的需求

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阶段需求示例
设计高测试质量；对功耗、性能或面积的最小影响
早期硅启动与量产时钟和工艺监控；特征化、认证、可靠性
早期原型调试最小化 ATE 成本
现场应用POST（上电自测试）；周期性系统内和任务模式测试；ECC 纠错码

第 24 页 — 存储器：针对工艺节点优化的测试算法

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覆盖 1000+ 种存储器故障类型：

- Slack-Based、电阻性开路/短路（FinFET）、地址解码器延迟 - 随机电报噪声、工艺变异 - 电阻性开路/短路（栅极）

平面和 FinFET 存储器具有独特的故障特征，可能受到相同故障的不同影响。

高覆盖率、高质量 = 零现场失效/退货

第 25 页 — 灵活的上电自测试（POST）与修复能力

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SMS SMART 模式：

- SMART 模式支持在上电时执行预定义的测试和/或修复序列 - 灵活的运行时间：在空闲模式下集成存储器 BIST； - 测试时间调整（使用硬连线调整或运行自定义算法） - SONE（Stop on Nth Error）能力 - 可部署于量产模式或现场/任务模式

第 26 页 — STAR Memory System ECC Compiler

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- 高度自动化流程：生成测试台和 Verilog RTL、综合脚本及其他 MASIS 文档 - 多位错误检测和纠正 - 可配置的性能与面积权衡 - 随着晶体管/晶粒数量增加、工作频率提高和 Vdd 降低，对软错误的敏感度增加 - 任务关键型汽车 IC 需要 ECC 纠错码 以保持低 FIT 率

第 27 页 — Bosch 选择 SMS 和 SHS 用于汽车

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SNUG Europe 2016 报告：Bosch 选择 STAR Memory System (SMS) 和 STAR Hierarchical System (SHS) 用于汽车应用。

第 28 页 — 解决方案（重复导航页）

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第 29 页 — DFTMAX Ultra：混合信号设计的数字测试方案

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DFTMAX Ultra：

- 仅需 1 个扫描输入和 1 个扫描输出引脚 - 适用于数字引脚较少的 AMS 汽车设计 - 降低汽车混合信号设计的测试时间和成本

第 30 页 — 解决方案（重复导航页）

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第 31 页 — STAR 层次化系统（SHS）用于 SoC

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DesignWare STAR Hierarchical System：

- 自动化集成： - Logic BIST - 嵌入式存储器测试与修复 - 接口 IP - 定制 AMS 模块 - 支持向量移植和复用 - 通过灵活的 IP 调度减少测试时间 - 通过自动 eFuse 调整提高良率

将汽车 SoC 测试集成时间缩短数周

第 32 页 — SHS 测量单元（软监控）

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测量单元功能：

1. PLL 锁定检测（检查锁定比特粘性） 2. PLL、系统时钟频率测量 3. PLL、系统时钟占空比测量 4. 嵌入式存储器时钟到 Q（输出）延迟测量 5. 环形振荡器频率测量（工艺角评估、工艺变异评估、IR Drop 评估、温度评估、存储器老化等）

SHS 测量单元（SMU）是 IEEE 1500 预封装的数字自包含功能 IP 核，用于执行可靠、精确、成本有效的无接触嵌入式测量和片上监控。

功能 #1、#2、#3 和 #5 针对安全关键汽车设计。

第 33 页 — 测量单元集成到 SMS/SHS 基础设施

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测量单元是 IEEE 1500 包裹的数字 IP 核。测量单元模块通过 SMS/SHS 自动化支持生成 ATE 向量。通过 SMS Server、IEEE 1149.1 和 IEEE 1500 接口集成。

第 34 页 — Silicon Browser for SMS and SHS

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低成本交互式诊断解决方案用于早期硅：

- 交互式硅调试 - 与基于测试仪的方案具有相同的诊断能力 - 支持 Windows 和 Linux - 功能：测试结果可视化、Memory Dump、诊断、故障定位、存储器特征化

第 35 页 — 客户成功案例

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方案成果
TetraMAX ATPG高级故障模型 —— 高质量测试策略的关键
STAR 层次化系统SoC 测试集成 —— 快速向量移植
DFTMAX LogicBIST内建自测试 —— 高覆盖率，最小化运行时间
STAR Memory System内建自测试
DFTMAX Ultra 引脚受限压缩4-13x 周转时间改善 —— 引脚受限 IC

第 36 页 — 解决方案（最终导航页）

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第 37 页 — 致谢

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Thank You

图片索引

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第 1-2 页：封面图、测试挑战概览图 第 3-5 页：解决方案架构图、SpyGlass DFT ADV 分析图 第 6-8 页：TetraMAX II ATPG 演示图 第 9-10 页：高级故障模型、Cell-Aware 诊断图 第 11-14 页：Slack-Based 测试图、ST 结果对比、Cell-Aware + Slack 结合图 第 15-18 页：Z01X 故障仿真图、BIST 图解、DFTMAX LogicBIST 流程图 第 19-21 页：物理感知测试点图解、LBIST 覆盖率图表、Bosch 结果图 第 22-27 页：STAR Memory System 架构图、汽车需求、ECC Compiler、Bosch 选择图 第 28-31 页：DFTMAX Ultra、SHS 架构图 第 32-37 页：测量单元、SMS/SHS 集成、Silicon Browser、客户成功案例、致谢

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