Multi-Die設計是一種在單個封裝中集成多個異構或同構裸片的方法，雖然這種方法日益流行，有助于解決與芯片制造和良率相關的問題，但也帶來了一系列亟待攻克的復雜性和變數。尤其是，開發者必須努力確保Multi-Die芯片在整個生命周期內的健康狀況和可靠性。這不僅包括對各個裸片進行測試和分析，還包括對Die-to-Die連接性以及整個Multi-Die封裝進行測試和分析。

利用新思科技Multi-Die解決方案加快創新速度

新思科技處于Multi-Die設計創新領域的前沿，我們最近與臺積公司合作，演示了兩個裸片之間通過高速UCIe（通用芯粒互連技術）規范進行通信。新思科技的監控、測試和修復(MTR) IP是此次演示的核心，展示了Multi-Die互連的制造和現場健康狀況。

接下來，我們將探討確保Multi-Die質量和可靠性所面臨的獨特挑戰，深入了解為何全面的監控、測試和修復解決方案對芯片開發者至關重要，以及新思科技和臺積公司正在采取哪些舉措來提供助力。

互連監控、測試和修復的必要性

隨著半導體變得更加復雜，即在單個封裝中集成多個異構或同構裸片，裸片（也稱為小芯片）之間有效通信和可靠互連的需求大幅增加。UCIe規范對Die-to-Die互連進行了標準化，促進了小芯片間的高速通信。然而，這些連接的高速特性要求對其進行嚴格的監控、測試和修復，以確保芯片在整個生命周期內實現無縫通信。監控信號完整性對于確保互連的整體健康狀況至關重要。通過基于嚴格算法的測試，可以發現不同類型的開路、短路以及這些高數據速率通道附近可能出現的互連間串擾問題。同樣重要的是，能夠在工藝、電壓和溫度（PVT）范圍內累積增強任何修復特征，以涵蓋不同的用例。

為了實現UCIe Die-to-Die鏈路，開發者必須解決幾個關鍵的Multi-Die健康挑戰，包括：

窄間距：UCIe高級封裝中的間距（即互連之間的距離）非常短（25-55um之間）。在芯片制造過程中，探測這些微凸塊非常困難。這就需要一種嵌入式功能，能夠進行自測而不是進行探測。

僅使用UCIe主帶和邊帶：通常，除了主帶和邊帶通道外，沒有額外的可測性設計（DFT）端口可用于單個裸片級測試。

高速信號完整性：由于UCIe通信的高速特性，保持信號完整性變得極具挑戰性。需要持續監測UCIe PHY參數，以便及時發現并糾正問題。

冗余與修復：為了提高質量、可靠性和良率，需要通過提供備用互連來實現冗余。出現故障時，備用互連可以替換有缺陷的互連，確保通信不間斷。

環境變化性：互連在不同的環境條件（如溫度和電壓）下可能表現不同。需要對在多種條件下運行的互連進行測試和修復，以確保其魯棒性。

Multi-Die健康狀況監控和可靠性綜合解決方案

我們的MTR IP解決方案由多個協同工作的組件組成，為Multi-Die設計提供全面的健康檢查：

專用任務模式信號完整性監控：這由嵌入在UCIe高速互連通道內的信號完整性監控器（SIM）組成，用于持續監控信號完整性，實時反饋Die-to-Die通信通道的健康狀況。

內置自測（BIST）算法：這些確定性算法旨在檢測高級互連故障類型，包括因窄間距和高數據速率而可能出現的互連間串擾。

累積修復：高級UCIe提供冗余通道用于修復。每136個主通道配有12個額外的冗余通道，而在邊帶方面，4個主通道配有4個備用通道。這種冗余對于修復故障互連而不影響整體系統性能至關重要。借助這些冗余通道，MTR使用內置冗余分析（BIRA）算法進行硬修復，并將修復數據累積存儲在E-Fuse中。

通過高速接口實現高速訪問與測試（HSAT）以及自動測試向量生成（ATPG）：HSAT功能有助于訪問隱藏裸片，通過功能接口實現自適應高帶寬測試。這不僅能夠縮短測試時間，還能因引腳數和測試硬件的減少而降低成本，并支持在芯片的整個生命周期內進行測試。

我們的MTR IP解決方案可用于多種生命周期場景：在單個裸片層面，確保單個裸片的健康狀況良好；在Multi-Die層面，這在制造堆疊芯片時尤為重要；在開機模式下，確保用戶每次在實際使用中開啟設備時，MTR都能發揮作用；以及在實時任務模式下，提供更深入的實時健康狀況檢查。前兩種場景最適用于臺積公司等代工廠，后兩種場景則適用于代工廠的客戶。

展示基于UCIe的Multi-Die進展

在小芯片峰會（Chiplet Summit）上，我們展示了采用臺積公司工藝在CoWoS-S中介層上成功實現UCIe PHY IP一次性流片成功的最新成果。此外，我們還分享了一項演示結果，該演示展示了兩個裸片通過高速UCIe Die-to-Die接口和標準GPIO接口進行通信的情況。

在第一種配置中，我們的MTR IP在兩個新思科技UCIe IP之間提供互連可靠性、測試和修復功能。在第二種配置中，SLM MTR IP支持IEEE 1838測試訪問基礎結構，允許進行裸片內通道測試。

這兩種配置都支持在每個裸片內部利用各種片上技術全面執行監控、測試、調試和修復功能，例如用于隨機邏輯塊的新思科技HSAT和SEQ IP、用于嵌入式存儲器塊的SMS IP，以及用于UCIe塊的SHS和MTR IP。這些功能覆蓋了鍵合前和鍵合后的制造階段、實際應用中的開機階段以及定期的任務健康監控。該設計展示了如何在Multi-Die封裝的整個芯片生命周期內使用上述功能，而不會在堆疊裸片時造成覆蓋率損失或向量膨脹。

我們對Multi-Die健康狀況與可靠性的承諾

新思科技致力于幫助客戶突破半導體技術的界限，并提供在整個芯片生命周期內具有超高制造良率和魯棒性的Multi-Die設計。我們針對基于UCIe的Multi-Die設計提供的SLM MTR IP解決方案就是這一承諾的最好證明，它為監控、測試和修復Die-to-Die互連提供了一個魯棒的框架。該解決方案可用于芯片生命周期的各個階段，包括設計、試制到生產和現場階段。