PVT 센서 란 무엇인가요?

이름에서 알 수 있듯이, 칩 내재형 모니터링( PVT 센서 )은 칩의 공정 변동성과 작동 환경을 감지하기 위해 일반적으로 SoC에 통합되는 내장형 아날로그 IP 블록을 의미합니다. 이러한 장치는 반도체 소자의 특정 측정 가능한 특성이 가변적인 소프트웨어 작동이나 CPU 부하 수준에 따라, 또한 환경 조건에 따라 변화한다는 점을 활용합니다.

예를 들어, 온도가 변함에 따라 다이오드 양단 전압은 알려진 비율로 증가합니다. 이러한 전압 변화를 정밀하게 증폭함으로써, 다이오드가 감지하는 국부 온도에 직접 비례하는 아날로그 신호를 생성할 수 있습니다.

전압 센서는 비교기 회로(예: 연산 증폭기)를 사용하여 전압 레벨을 알려진 기준 전압과 비교할 수 있습니다. 또한, 테스트 회로의 성능 변화를 측정함으로써 기준 전압이 필요 없는 기법도 가능합니다. 예를 들어, 지연 시간은 전압의 함수로서 그 변화가 알려져 있으므로 고려할 수 있는 특성 중 하나입니다.

공정 센서는 여러 가지 기법을 활용하여 SoC에 사용되는 특정 실리콘 칩이 논리 소자 기준으로 빠른지, 보통인지, 아니면 느린지를 판단합니다.

임베디드 전압-전류 특성 분석기( PVT 센서 )는 SoC 개발의 테스트/가동 단계와 현장에서의 칩 배포 과정에서 유용하게 사용됩니다. 테스트/가동 단계에서 전압-전류 특성 분석기( PVT 센서 )는 실리콘 특성 분석 및 비닝을 지원합니다. 또한 칩 내 변동성을 모니터링하여 설계 단계에서 설정한 가정을 검증하는 데에도 사용됩니다. 아울러 전압-전류 특성 분석기( PVT 센서 )는 디지털 전압 및 주파수 스케일링(DVFS) 및 적응형 전압 스케일링(AVS)과 같은 전력 저감 기법의 유효성을 검증하는 데 도움을 줍니다. SoC에 있어 중요한 매개변수인 전력은 두 가지 주요 이유로 목표 범위 내에 유지되어야 합니다:

1. 일반적으로 주요 경쟁 요건인 시스템 수준의 전력 사양을 충족하기 위해.
2. 칩과 패키지가 설계된 방열 사양을 충족하기 위함입니다. 이러한 사양을 초과할 경우 성능 저하 및 장치 고장이 발생할 수 있습니다.

테스트/가동 준비 단계가 끝난 후에도 임베디드 PVT 센서 는 현장에서 칩 작동에 관한 중요한 정보를 지속적으로 제공합니다. 이러한 장치에서 수집된 데이터는 칩 내에서 직접 분석되어 설계의 성능과 보안을 최적화할 수 있습니다. 또한 이 데이터는 다양한 온칩 인터페이스를 통해 클라우드로 전송되어, 더 정교한 분석을 수행할 수 있습니다. 클라우드에 집계된 다수의 장치에서 수집된 데이터를 바탕으로 전체 시스템 성능에 대한 분석이 가능합니다.

이러한 유형의 분석은 다음 두 가지 주요 목표에 중점을 둡니다:

1. 기기가 원래 의도된 대로 작동하도록 유지하십시오
2. 예상치 못한 기기 문제를 파악하고 해결합니다

첫 번째 항목과 관련하여, 현장 운영 조건(일반적으로 전압 및 온도)의 변화는 소자의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 반도체 소자는 시간이 지남에 따라 성능이 저하됩니다. 내장형 센서는 이러한 조건을 감지하고, 소자의 성능을 정상 수준으로 회복시키기 위한 보정 조치를 취할 수 있습니다.

두 번째 항목과 관련하여, 노화나 환경적 요인으로 인한 칩 고장이 발생할 수 있습니다. 내장 센서는 이러한 상황을 감지할 수 있으며, 온보드 로직은 치명적인 고장이 발생하기 전에 적절한 시정 조치를 취할 수 있습니다. 예측할 수 없는 장치 문제의 또 다른 형태는 보안 침해입니다. 이러한 사건 중 상당수는 발생 중임을 나타내는 “시그니처”를 가지고 있습니다. 내장 센서는 이러한 시그니처를 감지할 수 있으며, 온보드 로직은 적절한 조치를 취할 수 있습니다. 또한 이러한 모든 사건은 클라우드로 전송되어 현장에서의 시스템 운영에 대한 상세한 정보를 제공할 수 있습니다.

이러한 과제들은 모두 점차 확대되고 있는 실리콘 수명주기 관리 학문 분야의 일부입니다.

내장형 스캔 체인( PVT 센서 )은 다른 어떤 방법으로도 얻을 수 없는 수준의 SoC 작동 가시성을 제공합니다. 테스트/가동 단계에서 SoC 작동 상태에 대한 세부 정보의 수준이 크게 향상됩니다. SoC가 양산 테스트 시스템에 연결되면, 디바이스의 입력 단자에 테스트 자극을 가할 수 있으며 디바이스의 출력 단자에서 결과를 읽을 수 있습니다. 또한 전압, 주변 온도, 패키지/칩 온도와 같은 환경 조건도 측정하고 제어할 수 있습니다. 스캔 체인 테스트 덕분에 회로의 내부 노드도 제어하고 관찰할 수 있습니다.

이 접근 방식은 매우 유용하지만, 이 방법으로 측정할 수 없는 또 다른 중요한 변수가 있습니다. 바로 온칩 변동성(on-chip variation)으로, 이는 기술 노드가 작아질수록(예: 16nm에서 3nm까지) 악화되는 매개변수입니다. 첨단 기술 노드로 구현된 SoC의 경우, 실리콘 전반에 걸쳐 상당한 성능 변동성이 나타납니다. 다이. 국부 전압 또는 IR 강하 효과로 인해 칩의 성능이 사양 범위를 벗어날 수 있습니다. 온도 분포 또한 실리콘 전반에 걸쳐 다양하게 나타나며( 다이), 이로 인해 국부적인 발열과 응력이 발생합니다. 내장형 온도 센서( PVT 센서 )를 활용하면 이러한 영향을 세밀하게 측정하고 제어할 수 있어, 결과적으로 디바이스의 성능과 신뢰성이 향상됩니다.

클라우드 기반 분석 기술 덕분에 상당한 부가가치 서비스를 창출할 수 있는 추가 정보를 활용할 수 있게 되었습니다. 강화된 보안 조치를 구현할 수 있으며, 정교한 예방적 유지보수 절차를 도입함으로써 시스템 가동 중단을 방지하고 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 성능 모니터링은 자율주행과 같은 애플리케이션에 있어 매우 중요한 요소입니다. 이러한 기술들을 통해 기기의 수명을 연장하는 동시에 향상되고 더욱 안정적인 성능을 제공할 수 있게 될 것입니다.

이러한 모든 작업은 실리콘 수명주기 관리 과정의 일부입니다.

설계 라이프사이클 전반에 걸쳐 리더십을 확대해 나가며, Synopsys 이는 설계 단계부터 최종 사용자 배포에 이르기까지 SoC를 최적화하기 위한 업계 최초의 데이터 분석 기반 접근 방식의 토대가 됩니다. 당사의 SLM( 실리콘 수명주기 관리 ) 플랫폼은 성능, 신뢰성, 기능 안전성 및 보안 측면에서 획기적인 개선을 가능하게 합니다. 또한,Synopsys 는 최근 혁신적인 온칩 모니터링 기술 및 센싱 패브릭 분야의 글로벌 리더인Moortec을 인수했습니다. Moortec은 인공지능(AI), 데이터 센터, 5G, 소비자 가전 및 자동차 애플리케이션을 포함한 다양한 분야에서 성능을 극대화하고, 전력 사용량을 최적화하며, 고도로 정확한 온칩 텔레메트리 및 분석을 구현하는 데 주력하고 있습니다.

Moortec의 인칩 모니터링 기술 및 센싱 패브릭 제품군은 이제 Synopsys IP 포트폴리오의 일부가 됩니다. 3nm 기술 노드까지 적용 가능한 Moortec 플랫폼에는 다음이 포함됩니다:

• 열 감지(TS).높은 정확도와 손쉬운 통합을 제공하며, 전력 최적화 및 신뢰성을 지원합니다.
• 분산형 열 감지(DTS).열 매핑, 국소적(예: 코어 내부)으로 매우 세밀한 배치, 낮은 지연 시간을 지원합니다.
• 전원 모니터링(VM).여러 도메인의 공급 전압을 측정하고, 전력 분배 네트워크를 검증하며, 정적 및 동적 IR 강하 분석을 수행합니다.
• 공정 모니터링(PD).실리콘 속도 변동, 대량 생산 환경 및 단일 다이 전반에 걸친 상황을 파악하며, 실리콘 속도 변동( 전력 최적화 , SVS) 및 노화 모니터링 기능을 제공합니다.
• 모니터링 하위 시스템 (PVT-CONTROLLER).모니터링 패브릭에 대한 전용 하위 시스템 인터페이스를 제공하며, 애플리케이션에 따라 구성할 수 있습니다. 표준 인터페이스를 지원하며 다양한 기능을 갖추고 있습니다.