Multi-Die设计是一种在单个封装中集成多个异构或同构裸片的方法，虽然这种方法日益流行，有助于解决与芯片制造和良率相关的问题，但也带来了一系列亟待攻克的复杂性和变数。尤其是，开发者必须努力确保Multi-Die芯片在整个生命周期内的健康状况和可靠性。这不仅包括对各个裸片进行测试和分析，还包括对Die-to-Die连接性以及整个Multi-Die封装进行测试和分析。
利用新思科技Multi-Die解决方案加快创新速度
新思科技处于Multi-Die设计创新领域的前沿，我们最近与台积公司合作，演示了两个裸片之间通过高速UCIe（通用芯粒互连技术）规范进行通信。新思科技的监控、测试和修复(MTR) IP是此次演示的核心，展示了Multi-Die互连的制造和现场健康状况。
接下来，我们将探讨确保Multi-Die质量和可靠性所面临的独特挑战，深入了解为何全面的监控、测试和修复解决方案对芯片开发者至关重要，以及新思科技和台积公司正在采取哪些举措来提供助力。
互连监控、测试和修复的必要性
随着半导体变得更加复杂，即在单个封装中集成多个异构或同构裸片，裸片（也称为小芯片）之间有效通信和可靠互连的需求大幅增加。UCIe规范对Die-to-Die互连进行了标准化，促进了小芯片间的高速通信。然而，这些连接的高速特性要求对其进行严格的监控、测试和修复，以确保芯片在整个生命周期内实现无缝通信。监控信号完整性对于确保互连的整体健康状况至关重要。通过基于严格算法的测试，可以发现不同类型的开路、短路以及这些高数据速率通道附近可能出现的互连间串扰问题。同样重要的是，能够在工艺、电压和温度（PVT）范围内累积增强任何修复特征，以涵盖不同的用例。
为了实现UCIe Die-to-Die链路，开发者必须解决几个关键的Multi-Die健康挑战，包括：
窄间距：UCIe高级封装中的间距（即互连之间的距离）非常短（25-55um之间）。在芯片制造过程中，探测这些微凸块非常困难。这就需要一种嵌入式功能，能够进行自测而不是进行探测。
仅使用UCIe主带和边带：通常，除了主带和边带通道外，没有额外的可测性设计（DFT）端口可用于单个裸片级测试。
高速信号完整性：由于UCIe通信的高速特性，保持信号完整性变得极具挑战性。需要持续监测UCIe PHY参数，以便及时发现并纠正问题。
冗余与修复：为了提高质量、可靠性和良率，需要通过提供备用互连来实现冗余。出现故障时，备用互连可以替换有缺陷的互连，确保通信不间断。
环境变化性：互连在不同的环境条件（如温度和电压）下可能表现不同。需要对在多种条件下运行的互连进行测试和修复，以确保其鲁棒性。
Multi-Die健康状况监控和可靠性综合解决方案
我们的MTR IP解决方案由多个协同工作的组件组成，为Multi-Die设计提供全面的健康检查：
专用任务模式信号完整性监控：这由嵌入在UCIe高速互连通道内的信号完整性监控器（SIM）组成，用于持续监控信号完整性，实时反馈Die-to-Die通信通道的健康状况。
内置自测（BIST）算法：这些确定性算法旨在检测高级互连故障类型，包括因窄间距和高数据速率而可能出现的互连间串扰。
累积修复：高级UCIe提供冗余通道用于修复。每136个主通道配有12个额外的冗余通道，而在边带方面，4个主通道配有4个备用通道。这种冗余对于修复故障互连而不影响整体系统性能至关重要。借助这些冗余通道，MTR使用内置冗余分析（BIRA）算法进行硬修复，并将修复数据累积存储在E-Fuse中。
通过高速接口实现高速访问与测试（HSAT）以及自动测试向量生成（ATPG）：HSAT功能有助于访问隐藏裸片，通过功能接口实现自适应高带宽测试。这不仅能够缩短测试时间，还能因引脚数和测试硬件的减少而降低成本，并支持在芯片的整个生命周期内进行测试。
我们的MTR IP解决方案可用于多种生命周期场景：在单个裸片层面，确保单个裸片的健康状况良好；在Multi-Die层面，这在制造堆叠芯片时尤为重要；在开机模式下，确保用户每次在实际使用中开启设备时，MTR都能发挥作用；以及在实时任务模式下，提供更深入的实时健康状况检查。前两种场景最适用于台积公司等代工厂，后两种场景则适用于代工厂的客户。
展示基于UCIe的Multi-Die进展
在小芯片峰会（Chiplet Summit）上，我们展示了采用台积公司工艺在CoWoS-S中介层上成功实现UCIe PHY IP一次性流片成功的最新成果。此外，我们还分享了一项演示结果，该演示展示了两个裸片通过高速UCIe Die-to-Die接口和标准GPIO接口进行通信的情况。
在第一种配置中，我们的MTR IP在两个新思科技UCIe IP之间提供互连可靠性、测试和修复功能。在第二种配置中，SLM MTR IP支持IEEE 1838测试访问基础结构，允许进行裸片内通道测试。
这两种配置都支持在每个裸片内部利用各种片上技术全面执行监控、测试、调试和修复功能，例如用于随机逻辑块的新思科技HSAT和SEQ IP、用于嵌入式存储器块的SMS IP，以及用于UCIe块的SHS和MTR IP。这些功能覆盖了键合前和键合后的制造阶段、实际应用中的开机阶段以及定期的任务健康监控。该设计展示了如何在Multi-Die封装的整个芯片生命周期内使用上述功能，而不会在堆叠裸片时造成覆盖率损失或向量膨胀。
我们对Multi-Die健康状况与可靠性的承诺
新思科技致力于帮助客户突破半导体技术的界限，并提供在整个芯片生命周期内具有超高制造良率和鲁棒性的Multi-Die设计。我们针对基于UCIe的Multi-Die设计提供的SLM MTR IP解决方案就是这一承诺的最好证明，它为监控、测试和修复Die-to-Die互连提供了一个鲁棒的框架。该解决方案可用于芯片生命周期的各个阶段，包括设计、试制到生产和现场阶段。
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