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定義
製程、電壓與溫度（PVT）感測器是半導體 IP 電路，通常嵌入於系統單晶片（SoC）設計之中。透過感測 SoC 的動態運作環境（即電壓與溫度）以及靜態狀態（即製程），可根據晶片所處的局部條件來優化 SoC 的效能。 透過這些資訊，可優化效能與功耗。此外，亦能偵測可能源自 SoC／系統故障或安全漏洞所導致的晶片效能異常。
能夠判定矽片的製程類型（快速、緩慢、典型）並偵測系統單晶片（SoC）的運作環境，這項能力在元件的測試與特性分析過程中具有應用價值。當裝置部署於實際環境時，此技術亦被用於測量與優化其效能。此方法屬於一門日益發展的新興學科，稱為「系統級管理」（晶片生命週期管理 ，簡稱 SLM）。
PVT 感測器 究竟做些什麼？
顧名思義，晶片內感測器（PVT 感測器 ）是指嵌入式類比 IP 模組，通常整合於系統單晶片（SoC）中，旨在偵測晶片的製程變異性與運作環境。這些裝置利用了半導體元件的某些可測量特性會隨活動水準而改變的特性——這既源於軟體運作的變動或 CPU 負載，也受環境條件的影響。
舉例來說，隨著溫度變化，二極體兩端的電壓會以已知的速率增加。透過精確放大此電壓變化，即可產生一個與二極體所處的局部溫度成正比的類比訊號。
電壓感測器可利用比較器電路（例如運算放大器）將電壓水準與已知的參考電壓進行比較。此外，亦可透過測量測試電路性能的變化來採用無參考電壓的技術；例如，延遲就是可納入考量的特性之一，因為延遲隨電壓變化的關係是已知的。
製程感測器會運用多種技術，來判斷用於系統單晶片（SoC）的特定矽片，在邏輯元件方面的速度屬於快速、一般還是較慢。
PVT 感測器 的用途是什麼？
嵌入式PVT 感測器 在系統單晶片（SoC）開發的測試／啟動階段，以及該元件在實際環境中的部署過程中皆十分實用。在測試／啟動階段，PVT 感測器 可支援矽片特性分析與分級。它們亦用於監測晶片內變異，以驗證設計階段所做的假設。此外，PVT 感測器 有助於驗證各種降功耗方法，例如數位電壓與頻率調整（DVFS）及自適應電壓調整（AVS）。 作為系統單晶片（SoC）的關鍵參數，功耗必須維持在目標範圍內，主要基於以下兩個原因：
- 為了符合系統層級的功耗規格，這通常是競爭中的重要要求。
- 以符合晶片與封裝所設計的散熱規格。若超過這些指標，可能會導致效能不佳及裝置故障。
在測試／調試階段結束後，嵌入式PVT 感測器 仍會持續提供有關晶片在實際運作環境中運作狀況的重要資訊。這些裝置所蒐集的資料可在晶片上進行本地分析，以優化設計的效能與安全性。此外，資料也可透過各種晶片內介面傳輸至雲端，以便進行更複雜的分析。將來自眾多裝置的資料匯集於雲端後，即可對整體系統效能進行分析。
這類分析主要著重於兩個主要目標：
- 確保裝置能維持其原始設計的運作效能
- 識別並解決未預期的裝置問題
關於第一項，現場運作條件的變化（通常為電壓和溫度）可能會影響裝置的性能。此外，隨著半導體裝置的老化，其性能也會隨之下降。內建感測器能夠偵測這些狀況，並採取矯正措施以使裝置性能恢復至最佳狀態。
關於第二項，可能發生因老化或環境因素所導致的晶片故障。嵌入式感測器可偵測這些狀況，而板載邏輯則能在發生災難性故障之前，執行適當的矯正措施。 另一種無法預期的裝置問題是安全漏洞。許多此類事件都具有表明其正在發生的「特徵」。嵌入式感測器可偵測這些特徵，而板載邏輯則可採取適當措施。所有這些事件亦可傳送至雲端，提供關於系統在現場運作的詳細資訊。
這些任務都是日益擴大的 晶片生命週期管理 學科的一部分。
使用的好處PVT 感測器
嵌入式PVT 感測器 能提供其他方式無法比擬的系統單晶片（SoC）運作可視性。在測試／啟動階段，針對SoC運作狀態的詳細程度將大幅提升。當SoC連接至量產測試系統時，可將測試刺激訊號施加至裝置的輸入端，並從裝置的輸出端讀取結果。此外，亦可測量並控制電壓、環境溫度以及封裝／晶片溫度等環境條件。 透過掃描鏈測試，亦可對電路的內部節點進行控制與監測。
雖然此方法非常實用，但仍有另一項重要變數無法透過此方法測量——即晶片內變異性，這是一項會隨著製程節點縮小（例如從 16 奈米到 3 奈米）而惡化加劇的參數。對於採用先進製程節點實現的系統單晶片（SoC），矽片整體的性能變異性相當顯著晶粒 。局部電壓（或稱 IR 壓降）的影響可能導致晶片性能超出規格範圍。 晶片上的溫度分佈亦存在差異晶粒 ，進而導致局部過熱與應力。透過嵌入式PVT 感測器 可對這些效應進行細粒度的測量與控制，從而提升裝置的性能與可靠性。
得益於基於雲端的分析技術，現可取得更多資訊，藉此推動具實質附加價值的服務。此外，還能實施更完善的安全措施，並部署先進的預防性維護程序，從而有望避免系統停機並節省成本。對於自動駕駛等應用而言，效能監控亦是一項關鍵環節。這些技術將使裝置的使用壽命更長，同時提供更優異且更可靠的效能。
所有這些任務都是該 晶片生命週期管理 流程的一部分。
PVT 感測器 以及 新思科技
我們將領導地位延伸至整個設計生命週期， 新思科技 這正是業界首創、以數據分析為驅動的解決方案背後的核心理念，該方案能從設計階段一直到終端使用者部署，全面優化系統單晶片（SoC）。 我們的「系統級監測」（晶片生命週期管理 , SLM）平台能顯著提升效能、可靠性、功能安全與資安防護。此外，新思科技 近期收購了 Moortec——這家企業是創新晶片內監測技術與感測架構的全球領導者。Moortec 致力於最大化效能、優化功耗利用率，並在人工智慧（AI）、資料中心、5G、消費性電子及汽車應用等眾多領域，實現高精度的晶片內遙測與分析功能。
Moortec 的晶片內監測技術與感測架構產品線，現將納入 新思科技 IP 產品組合的一部分。Moortec 平台可支援低至 3 奈米製程節點，其內容包括：
- 熱感測（TS）。具備高精度、易於整合；支援功耗最佳化 ，且可靠性高
- 分散式熱感測（DTS）。支援熱圖繪製、局部（例如核心內部）的高精細佈置，以及低延遲
- 電源監控 (VM)。測量多個域的供電電壓、驗證配電網路，並執行靜態與動態壓降分析
- 製程監控（PD）。能掌握矽片速度變異、大產量情況，並涵蓋單一晶粒 ；提供功耗最佳化 （SVS）及老化監控功能
- 監控子系統 (PVT-CONTROLLER)。為監控架構提供專用的子系統介面，可由應用程式進行配置；具備標準介面且功能豐富
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