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Silicon Lifecycle Managementとは

シノプシス 編集部

2020年10月12日 / 読了時間:5分

定義

シリコン・ライフサイクル・マネージメント (SLM)とは、半導体デバイスが設計、製造、試験され、エンドユーザーシステムに導入される過程において、その監視、分析、最適化を通じてシリコンの健全性を向上させることを目的とした、新たなパラダイムである。チップやシステムの複雑化が進む一方で、性能や信頼性に対する要求も高まっていることから、半導体デバイスのライフサイクル全体にわたる継続的なメンテナンスと最適化の必要性が高まっている。

SLMは、以下の2つの基本原則に基づいています:

  1. シリコン設計に組み込まれたモニターや構造を活用し、デバイスがどのように製造され、その後実環境下でどのように動作するかについて知見を得る
  2. シリコンデバイスのライフサイクル全体を通じてあらゆる機会を捉えてデータを収集・分析し、設計段階、試験段階、および実稼働段階での観察やデバイスの改良を可能にする強力な分析機能を提供する

この第一の原則は、テストおよび製品エンジニアリングからすでに得られているデータを基に、各チップ全体に組み込まれたモニターを通じてチップの動作を詳細に可視化し、幅広い状況や条件下で対象となる活動を測定することで実現されます。このチップデータに対する的を絞った分析により、設計段階、量産立ち上げ段階、量産段階から始まり、実稼働段階に至るまで、半導体のライフサイクルの各段階における最適化が可能となります。

シリコン・ライフサイクル・マネージメント はどのように機能するのでしょうか?

シリコンのライフサイクルプロセスにおいて、効果的な分析と意思決定に必要な知見を得るためには、チップの動作に関するあらゆる側面について詳細な測定を行う必要があります。 このデータの出所には、環境プロセス/電圧/温度(PVT)モニター、テスト向け設計(DFT)および内蔵自己診断(BIST)リソース、パスマージン解析用の構造モニター、クロック遅延やその他の動作を測定する機能モニターなどが含まれます。モニターからのデータはその後、チップ外へ転送され、分析可能な状態で統合されたSLMデータベースに保存されます。この分析に基づいて、洞察に富んだ意思決定を行い、適切な措置を講じることができます。

各ライフサイクル段階で抽出されたシリコンの運用データを統合することで、データの豊富さにさらなる深みが加わります。各ライフサイクル段階で的を絞った分析を行い、各フェーズに特有の最適化を推進します。この拡張されたナレッジベースにより、各ライフサイクル段階で可能な分析と最適化が大幅に強化されます。

シリコン・ライフサイクル・マネージメント のメリットは何ですか?

シリコン・ライフサイクル・マネージメント チップ設計者やそのチップのエンドユーザーに、さまざまなメリットをもたらします。これには、チップ性能の向上、よりスムーズかつ迅速な製品立ち上げ、そしてチップのライフサイクル全体にわたる性能とセキュリティの向上が含まれます。

具体的なメリットとしては、次のようなものがあります:

  • シリコンの健全性の向上
  • 設計性能の向上
  • 製品の歩留まりの早期向上と品質の向上
  • 正確な故障解析
  • テスト時間の短縮と製品品質の向上
  • チップおよびシステムの市場投入までの期間の短縮
  • 運用期間全体を通じて、性能、出力、信頼性、およびセキュリティが最適化されています

設計性能の向上

製造テスト中に抽出されたシリコンデータは、設計モデリングパラメータのキャリブレーションに使用されます。リング発振器の測定データ、クリティカルパス・テストの結果、PVTモニター、パスマージンモニター、クロック遅延モニターからのデータなどが、このデータの例として挙げられます。

一連のデータマイニング、相関分析、および根本原因分析を通じて、チップ設計に使用されるモデルの堅牢性と精度が向上する。これにより、初期のチップ設計がより迅速に最適な結果に収束するようになる。

製品歩留まりの立ち上がりの加速と最終歩留まりの向上

このプロセスでは、シリコンデータとフィジカル設計 データを照合し、歩留まりを制限する体系的な問題を特定します。シリコンデータの出典には、テスト不合格の診断データ、プロセス/電圧/温度(PVT)モニターデータ、および構造データが含まれます。

一連のデータマイニング、相関分析、根本原因分析の手順を通じて、収量低下の主な要因を特定することができます。これにより、「収量学習」プロセスを加速させ、最終製品の収量を最適化することが可能になります。

テスト時間の短縮と製品品質の向上

以下の製品ファミリー間の相乗効果 シノプシス Testとシリコン・ライフサイクル・マネージメント (SLM)の各製品ファミリー間の相乗効果により、お客様のデバイスに対して最高品質かつ最低コストのテストと、最適なシリコンの健全性を保証します。統合されたツール、IP、および方法論により、デバイスのライフサイクルのあらゆる段階でテスト、監視、分析を行い、実用的な知見を提供します。この統合ソリューションは、パフォーマンスの向上、導入の容易化、および設計のPPAへの影響の最小化を実現します。

SLMは、シリコンおよび製造テスト結果データの継続的な分析を通じて、テストおよびスクリーニング基準を最適化しています。最適化されたテスト基準により、テスト時間を短縮し、良品のみが生産工程に送り出されることを保証します。

このデータの出所には、製造テスト結果、プロセス/電圧/温度(PVT)モニタリングデータ、および構造モニタリングデータなどが含まれます。データマイニング、モニタリング/分析、および報告のプロセスを通じて、適応型のテストアラートや強化された管理措置を実施することが可能になります。また、外れ値、すなわち正常範囲外の性能を示すチップを検出する能力も向上します。

その結果、テスト時間が短縮され、出荷されるチップの品質が向上します。

チップおよびシステムの市場投入までの期間の短縮

どのような複雑なチップにおいても、階層的な相互接続、異種プロセッサ、さまざまなオペレーティングシステム、そしてベアメタルソフトウェアの間には相互作用が存在します。チップおよびそれを搭載するシステムを市場に投入するためには、これらすべての相互作用を調和させる必要があります。この課題をさらに困難にしているのは、ほとんどのシステムが、最終的なシステムが導入された際にワークロードがどのようなものになるかを実際には把握しないまま設計されているという事実です。

SLMは、チップ上の演算、通信、ストレージリソースの機能に関する深い洞察を通じて、これらの課題に対処することができます。チップに組み込まれた機能モニターと構造モニターを、解析ソフトウェアと組み合わせることで、チップの動作やシステム全体との相互作用について、より迅速かつ深く理解することが可能になります。 さらに、システムのライフサイクルを通じて、ワークロードは変化し、ソフトウェアやファームウェアの要件も変化し、トランジスタは経年劣化します。SLMは、チップとシステムがこれらの変化に適応できるようにするための知見も提供します。その結果、開発期間の短縮、検証効率の向上、そして長期的なパフォーマンスの向上が実現されます。

運用期間全体を通じて、性能、出力、信頼性、およびセキュリティが最適化されています

シリコンチップの性能は、その動作寿命を通じて一定に保たれるわけではありません。シリコン構造における経年劣化の影響により、デバイスの性能特性は時間の経過とともに変化します。また、システムの動作環境もチップの性能変化の一因となります。こうした影響には、周囲温度の影響、プロセスばらつき、電源電圧の変動、およびワークロードや電気的動作パラメータの変化による影響などが含まれます。セキュリティ侵害も、チップの性能に影響を及ぼす可能性があります。

今日のシステムにおいて、半導体デバイスは、より重要な業務や安全に関わる機能を担うようになってきています。そのため、これらのデバイスの堅牢性と信頼性がますます重要になっています。こうしたシステムの多くは長期間にわたって稼働するため、時間の経過に伴い、半導体デバイスの性能も徐々に変化していきます。

シリコン・ライフサイクル・マネージメント これらすべての影響を監視し、現場において個々のデバイスレベルで是正措置を講じることができるよう、データ収集、分析、および制御環境を提供します。その結果、シリコンデバイスおよびシステム全体の性能が、長期にわたってはるかに安定し、安全なものとなります。

どのようなソリューションを シノプシス どのようなソリューションを

シノプシス シリコン・ライフサイクル・マネージメント ファミリーには、複数の統合製品と機能が含まれています。このエンドツーエンドソリューションの主な構成要素は、以下の通りです。

  • シノプシス SLMによる環境・構造・機能モニタリングのIPを、既存の(DFT)および内蔵自己診断(BIST)リソースと組み合わせることで、シリコンライフサイクルプロセスの基盤となる豊富なシリコンデータセットが提供されます。
  • シノプシス TestMAX™およびシノプシス デジタル設計ファミリーのRTL-to-GDSIIソリューションは、 シノプシス SLMプラットフォームのモニタリングおよび分析ツールをRTLまたはゲートレベルの設計に自動統合します
  • The シノプシス SLMファミリーのリンク シノプシス TestMAX ゴールデン・サインオフ ソリューション「Fusion Digital Design Family」にリンクしており、 シノプシス SLM組み込みモニターの最適な配置に関するガイダンス
  • シノプシス Digital Design Familyは、シリコンデータに基づくタイミングモデルのキャリブレーションを活用して必要なマージンを最小限に抑えるとともに、高度な分析技術を用いて設計の消費電力、性能、面積(PPA)、信頼性、およびシリコンの予測可能性をさらに最適化することで、設計実装の全プロセスを完結させます。
  • シノプシス 高速アクセス・テスト(HSAT)IPは、機能インターフェースを介した適応型の高帯域幅テストに加え、シリコンのライフサイクル全体を通じてDFTおよびシリコンモニタリングネットワークへの高速アクセスを提供します。
  • シノプシス TestMAX™ ALEは、ダイ のテストにおいて極めて広いテスト帯域幅を実現し、インシステムテストから製品ライフサイクルの全段階にわたるテストを可能にします。

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