什么是PVT传感器？

顾名思义，PVT传感器是嵌入式模拟 IP 模块，通常集成在SoC中，旨在监测芯片的工艺变异性和工作环境。这些器件利用 了这样一个事实：半导体器件的某些可测量特性会随着活动水平的不同而发生变化，这种变化既源于软件运行状态或CPU 负载的变化，也源于环境条件的影响。

例如，随着温度的变化，二极管两端的电压会以已知的速率增加。通过精确放大这一电压变化，可以生成一个与二极管所处的局部温度成正比的模拟信号。

电压传感器可利用比较器电路（例如运算放大器）将电压电平与已知的参考电压进行比较。此外，还可以通过测量测试电路的性能变化来实现无需参考电压的技术；例如，延迟就是可以考虑的一个特性，因为已知延迟随电压变化的规律。

工艺传感器将采用多种技术，来判断用于系统级芯片（SoC）的特定硅片在逻辑器件中的性能是快、中等还是慢。

嵌入式PVT传感器在SoC的测试/初启 阶段开发 以及器件在现场部署期间均十分有用。在测试/初启 阶段，PVT传感器可支持硅片特性分析与分档。它们还用于监测片上变异性 ，以验证设计阶段所做的假设。此外，PVT传感器有助于验证功耗降低 方法，例如数字电压和频率缩放（DVFS）以及自适应电压缩放（AVS）。 功耗是系统级芯片（SoC）的关键参数，必须保持在目标范围内，主要有两个原因：

1. 为了满足系统级功耗规范，这通常是一项重要的竞争性要求。
2. 以满足芯片和封装设计所依据的散热规格。超过这些指标可能会导致性能下降，甚至造成器件故障 。

在测试/初启 阶段之后，嵌入式PVT传感器仍会持续提供有关芯片在实际使用环境中运行状况的重要信息。这些器件收集的数据可在芯片本地进行分析，以优化设计的性能和安全 。此外，这些数据还可以通过各种片上接口传输到云端，以便进行更复杂的分析。将众多器件的数据汇聚到云端后，即可对系统的整体性能进行分析。

此类分析主要侧重于两个主要目标：

1. 确保设备始终保持其最初的设计性能
2. 识别并解决设备出现的意外问题

关于第一点，现场工作条件（通常指电压和温度）的变化可能会影响器件的性能。此外，随着半导体器件的老化，其性能也会下降。嵌入式传感器可以检测这些状况，并采取纠正措施以使器件性能恢复到最佳状态。

关于第二点，可能会发生因老化或环境因素导致的芯片故障。嵌入式传感器可以检测到这些情况，而板载逻辑可以在发生灾难性故障之前采取相应的纠正措施。 另一种不可预测的设备故障期刊 是安全 的破坏。许多此类事件都有预示其发生的“特征”。嵌入式传感器可以检测到这些特征，而板载逻辑则可以采取相应的措施。所有这些事件还可以上传至云端，从而提供有关现场系统运行的详细信息。

这些任务都属于日益发展的“硅生命周期管理”这一学科领域。

嵌入式PVT传感器为SoC的运行状况提供了其他方式无法企及的可视化水平。在测试/初启 阶段，对SoC运行状况的细节掌握程度得到了显著提升。当SoC连接到生产测试系统时，可向器件的输入端施加测试激励，并从器件的输出端读取结果。此外，还可以测量和控制电压、环境温度以及封装/芯片温度等环境条件。 得益于扫描链测试，还可以对电路的内部节点进行控制和观察。

尽管这种方法非常有用，但还有另一个重要变量无法通过此方法测量——片上变异性 ，该参数会随着工艺节点的缩小（即从16nm到3nm）而恶化。对于采用先进工艺节点实现的系统级芯片（SoC），硅片内部存在显著的性能波动。局部电压或红外辐射（infrared radiation) 压降的影响可能会导致芯片性能超出规格范围。 硅片上的温度分布也存在差异，从而导致局部发热和应力。嵌入式PVT传感器能够以精细的方式测量和控制这些效应，从而提升器件的性能和可靠性。

得益于基于云的分析技术，现在可以获取更多信息，从而推动具有显著附加值的服务发展。可以实施增强版的安全 措施。此外，还可以部署先进的预防性维护流程，从而有望避免系统停机并节省成本。对于自动驾驶等应用而言，性能监控也是一项关键环节。这些技术将使设备的使用寿命更长，同时提供更优越、更可靠的性能。

所有这些任务都是“硅生命周期管理”流程的一部分。

通过在整个设计生命周期中拓展我们的领导地位， 新思科技 这正是业界首个基于数据分析的方法的驱动力，该方法旨在从设计阶段到最终用户部署的全流程优化系统级芯片（SoC）。 我们的硅生命周期管理（SLM）平台能够显著提升性能、可靠性、功能安全以及安全 。此外，新思科技 近期收购了Moortec——这家企业在创新的 芯片内监测技术和传感架构领域处于全球领先地位。Moortec致力于在包括人工智能（AI）、数据中心、5G、消费电子和汽车应用在内的多个领域，最大限度地提升性能、优化功耗利用率，并实现高精度的芯片内遥测与分析。

Moortec 的片上监测技术和传感架构系列现将并入 新思科技 IP产品组合的一部分。Moortec平台可应用于低至3nm工艺的节点 ，其包含：

• 热传感（TS）。具有高精度、易于集成等特点；支持功耗优化 标准，且可靠性高
• 分布式热传感（DTS）。支持热图绘制、高度精细的布局 本地（例如在核心内部）以及低延迟
• 电源监控（VM）。测量多个域的供电电压，验证配电网络，实施静态和动态红外辐射（infrared radiation) 电压降分析
• 工艺监控（PD）。能够监测硅片速度变异性 、大产量以及单个芯片的情况；提供硅片速度（功耗优化 ，SVS）和老化监控功能
• 监控子系统（PVT-CONTROLLER）。为监控架构提供专用子系统接口，可由应用程序进行配置；支持标准 接口，且功能丰富