中國是全球半導體市場成長最快的區域，預計每年增長率超過25%，原因在于中國已經成為全球集成電路消費的中心、電子產品巨大的消費市場和整機制造基地，為了貼近終端市場和IC用戶，SoC測試中心和實驗室在中國的布局已經悄然展開，本文將向您介紹SoC測試技術領域面臨的挑戰和最新的測試技術趨勢。

　　目前，IC消耗量的主要增長集中在消費電子、數據處理和通信三大領域，其中消費電子包括顯示器、數碼相機、數字電視和視頻游戲機，數據處理包括CPU和存儲器、閃存卡、平面監視器和移動PC，通信領域則以數字蜂窩電話和無線/有線網絡為增長驅動力。IC復雜度的日益提高，迫使設計人員采用更為先進的工藝技術，將更多的功能集成到單芯片內，系統級芯片（System on Chip， SoC）因此受到廣泛應用，目標是進一步降低整機系統設計、測試和制造的成本。

　　目前，0.25和0.18um工藝技術占據主導地位，0.13um以下工藝技術已經在一些高端產品中得到應用，并呈現急速增長的趨勢。采用先進設計工藝的結果，是造成設計、掩膜費用在NRE中的比例逐年上升，已經由1995年的13%激增為2003年的62%，推出新型芯片受到降低成本需求的強勁驅動，但是設計和制造新型芯片的總成本卻因新工藝技術的應用而急劇增加。

　　而另一方面，新型電子產品的生命周期越來越短已經是不爭的事實，它們從切入市場到實現百萬臺的量產規模，時間通常不到一年，因此，業界流傳這樣的說法：90%的利潤是產品上市后頭六個月產生的，“Time-To-Market”是整個半導體產業僅次于芯片復雜度面對的第二大挑戰。

　　在緊迫的上市時間和芯片復雜度日益提高的雙重壓迫下，半導體行業被迫構建新的外包鏈條，并力圖結成更多的技術聯盟，共同推進技術和市場的發展，其中一個重要趨勢就是代工廠更傾向于提供一攬子解決方案，幫助集成電路設計公司更快地推出芯片，而業界占據領先地位的廠家更傾向于采用先進的測試技術，本文試圖對SoC測試領域面臨的挑戰和技術發展趨勢做一個初步探討。

　　傳統的測試方法和流程面臨的挑戰

　　傳統的設計和測試方法將設計、調試/驗證、生產測試三個環節孤立起來進行，其突出的問題是除非首顆芯片制造出來，否則芯片測試不可能真正完成，如圖1所示。傳統的測試方法和流程由于需要多次反復，因而不能適應復雜的SoC大規模量產的需要，更難降低成本。對于SoC測試來說，人們需要開發更為有效的測試程序，以滿足一次性流片對驗證工具以及生產測試環節對更具有成本效益的測試軟件的需要。

　　目前，人們開發測試程序通常沿著設計、測試程序開發、芯片原型驗證的思路進行，各部分孤立地進行任務分配、需求分析，然后分別執行，測試的過程還要不斷完善測試軟件。測試程序開發完成之后，還要對測試程序本身進行調試，通常需要多次反復修改測試程序，時間上也需要幾個月的時間。這對于“6個月贏得90%利潤”的市場法則來說是難以接受的，解決測試程序本身調試需要較長時間這個問題，迫使人們進一步改進設計和測試的流程。

　　一體化測試流程

　　為了解決上述問題，圖2所示是一種新的測試流程。它將工程設計驗證測試流程與生產測試流程并行處理。其核心思想是利用虛擬原型對測試工程和IC設計過程所需要的測試程序（本身）進行查錯和調試，同時，也將虛擬原型應用到生產測試流程之中，完成面向生產的測試程序的查錯和調試。

　　為此，首先要根據工程測試結果，進行設計中的測試策略規劃，目的是改進測試方法，降低測試的復雜性，并根據測試成本和復雜性對測試任務進行定義。而生產測試流程中，測試程序查錯和調試的主要任務是提高成品率。

　　FPGA和PLD在搭建虛擬原型，完成對測試程序調試的過程中扮演著重要作用。通過利用虛擬環境，可以極大地降低對測試程序進行調試所花費的時間，減少掩膜次數，節省大量、昂貴的掩膜費用，提高成品率，并在加快產品上市時間的同時，達到芯片利潤的最大化。

　　然而，盡管上述方法解決了縮短測試程序調試時間的問題，但是，需要在設計和生產兩條線上同時對測試程序進行調試，因而資金投入上并沒有顯著降低，為此，Credence公司提出了利用光子進行SoC測試的新技術。

　　基于光子探測的SoC測試技術

　　隨著芯片復雜度的增加，SoC采用倒裝、打線和多層金屬封裝的方式也越來越多，許多地方采用傳統的電測手段已經相當費時費力，因此，Credence利用固態浸入透鏡方法實現0.25um的成像分辨率，來完成對SoC關鍵節點的性能進行分析。通過測試系統配備的高速采集和數據處理能力，半導體制造商能夠快速進行設計查錯、故障分析和特征提取，從而極大地縮短產品上市時間并降低SoC開發的成本。

　　基于光子探測的SoC測試技術的基本原理是，利用脈沖信號切換產生的能量，激發半導體電路內部的電子被激發出光子，然后通過高速采集和數據處理系統，將采集的光子轉化為電子信號，通過對這些電信號來分析時序特征，從而達到對SoC關鍵節點進行測試的目的。其目的是加速產品的上市，消除不必要的多次設計修改和不必要的流片循環。

　　SoC技術是21世紀初以來迅速發展起來的超大規模集成電路的主流技術，是電子器件持續集成的最高境界。SoC采用先進的超深亞微米CMOS工藝技術，從整個系統的角度出發，將處理機制、模型算法、嵌入式軟件等各層次電路直至器件的設計緊密結合在單個芯片上，完成整個系統的功能。

　　隨著SoC應用的日益普及，在測試程序生成、工程開發、硅片查錯、量產等領域對SoC測試技術提出了越來越高的要求，掌握新的測試理念、新的測試流程、方法和技術，是應對消費電子、通信和計算等領域SoC應用對測試技術提出的挑戰，適應測試和組裝外包發展趨勢的必然要求。對于中國集成電路測試人員來說，了解中國目前SoC測試技術發展面臨的挑戰和發展方向，掌握市場的動態至關重要，表1所示為中國目前已經具備SoC測試能力的測試中心和實驗室的一覽表。