Modernisation de votre laboratoire grâce à une architecture de framework de validation

Le premier white paper de cette série, intitulé « Comment une approche de laboratoire moderne optimise-t-elle la validation post-silicium ? », explorait la manière dont les tests de fonctionnalité du matériel deviennent de plus en plus importants à mesure que les conceptions de circuits intégrés (IC) deviennent de plus en plus complexes et nécessitent des coûts réduits et des délais de mise sur le marché plus courts. Les fabricants de circuits intégrés doivent passer à un framework de validation hautement automatisé et intégré pour piloter toutes les activités de validation, garantissant une réutilisation maximale grâce à une mise en route plus rapide et à des méthodologies de mesure/test efficaces pour des mises en fabrication (RTM) plus rapides.

Nous examinons ici les personnes, les processus et les technologies recommandés par Soliton et NI pour implémenter ce framework. Ce framework de validation se caractérise par un workflow transparent pour la validation du matériel. L’équipe de validation se concentre sur le développement des mesures nécessaires à la validation du matériel et collecte des données dans diverses conditions. Il est essentiel de gérer efficacement le temps consacré par l’équipe de validation au développement des mesures de base. Les différents composants du framework doivent faciliter le développement du bloc de PI de mesure réutilisable à partager entre les équipes. Un framework très efficace doit inclure les composants suivants :

Figure 1 : Les personnes, les processus et les technologies sont combinés pour former un framework de validation complet

Personnes

• Collaboration entre plusieurs disciplines du cycle de développement du silicium (conception, vérification, validation et test) sur les spécifications et les méthodologies de mesure
• Accès aux tableaux de bord de données pour suivre la progression de la validation du dispositif
• Processus d’intégration simple avec formation et support pour que le nouvel ingénieur de validation soit rapidement productif

Processus

• Configuration et gestion du banc (automatisation de l’installation, duplication du banc et utilisation des instruments)
• Mise au point interactive (pendant le réveil pour le concepteur) et collecte de données automatisée pour les ingénieurs de validation
• Développement du bloc de PI de mesure avec capacités de réutilisation et de partage

Technologie

• Lac de données central pour stocker les données de mesure et les corréler avec les données d’autres secteurs verticaux
• Plusieurs options préférées par l’utilisateur (Python, NI LabVIEW, .NET)
• Abstraction matérielle afin de prendre en charge différents types et modèles d’instruments

Figure 2. Vue approfondie des éléments d’un framework de validation efficace

L’outil de gestion de la configuration stocke tous les composants du framework et les paquets de modules réutilisables dans un dépôt central. L’outil gère non seulement le dépôt côté serveur, mais aussi les détails des logiciels et du matériel déployés dans chaque poste de travail de laboratoire. Cette infrastructure réduit considérablement le temps nécessaire à la configuration d’un banc et à la mise à jour du logiciel.

Déploiement et mise à jour de logiciels

Vous pouvez utiliser un serveur central à distance pour déployer les composants de base du framework, tels que la communication de matériel réutilisable, le bloc de PI de mesure réutilisable et les drivers d’instruments sur des postes de travail. Lorsque vous améliorez le bloc de PI de mesure ou corrigez un bug sur un driver, vous pouvez le mettre à jour sur tous les postes de travail en un clic à partir du dépôt central. Vous pouvez aussi reproduire automatiquement la configuration du banc, y compris la configuration de tests spécifiques au matériel, évitant ainsi de copier manuellement tout le code source et d’éditer les configurations, tout en éliminant les erreurs introduites.

Bien que vous puissiez construire en interne des solutions personnalisées de gestion de la configuration des postes de travail et de déploiement de logiciels, les outils disponibles sur le marché peuvent vous aider à réduire les contraintes liées au développement et à la maintenance. Par exemple, SystemLink™ Software Configuration Module fournit une solution clé en main pour l’administration centralisée des systèmes de mesure afin que vous puissiez automatiser à distance et efficacement les correctifs et les mises à jour du code base. De plus, NI SystemLink Asset Module améliore l’utilisation des équipements et la conformité à la qualité en enregistrant, en suivant, en contrôlant et en générant des rapports sur les ressources de test, de l’approvisionnement à l’élimination, en temps réel.

Dès que la première puce arrive au laboratoire, la première étape de l’ingénieur de validation consiste à mettre le matériel en service et à confirmer que toutes les fonctions de base fonctionnent. Après tout, il n’y a pas que l’ingénieur de validation, mais aussi des ingénieurs de différentes équipes (conception, systèmes de vérification et applications) qui viennent au laboratoire pour travailler avec le matériel. Ces ingénieurs n’ont pas d’expertise en matière de logiciels ou d’automatisation. Le framework doit donc disposer d’outils de réveil, de mise au point, de cas d’utilisation client et de corrélation faciles à utiliser. Les ingénieurs consacrant plus de 50 % de leur temps à ces activités en laboratoire, il est essentiel que le laboratoire dispose d’outils interactifs et faciles à utiliser pour une mise au point efficace.

Exécution interactive des mesures avec une interface utilisateur

Les ingénieurs exécutent et mettent au point des mesures via leur ADE ou IDE préféré. Cela soulève un défi lorsque les utilisateurs ne connaissent pas bien la pile technique de développement et doivent exécuter des mesures. Mettre à disposition une interface utilisateur pour l’exécution interactive des mesures permet aux ingénieurs sans expérience en développement d’exploiter la même PI de mesure que celle utilisée en laboratoire. Vous gagnez en efficacité lorsque le développeur de mesure n’a pas besoin de beaucoup d’efforts pour ajouter une interface utilisateur à sa mesure et la rendre facilement partageable.

Les ingénieurs peuvent écrire des mesures à l’aide de l’interface utilisateur dans NI InstrumentStudio™ Édition professionnelle, qui peut être exécutée de manière interactive à partir de ce logiciel avec les faces-avant logicielles de l’instrument et utiliser NI TestStand pour l’automatisation des tests. Les mesures développées dans des langages textuels comme Python peuvent bénéficier d’interfaces utilisateur interactives créées de manière graphique sans programmation supplémentaire.

Désormais, un ingénieur d’application peut utiliser efficacement les mesures développées par un ingénieur de validation pour aider les clients sans avoir à se familiariser avec la pile technologique, ce qui renforce l’efficacité du processus et le rend plus convivial.

Contrôle du matériel (« Peek » et « Poke » des registres)

Les conceptions de circuits intégrés deviennent de plus en plus complexes, et chaque circuit intégré dispose de vastes banques de registres pour configurer et contrôler différentes fonctionnalités. Les DUT disposent d’E/S numériques pour contrôler différentes opérations.

L’ingénieur développe les API de communication de protocole à l’aide d’un contrôleur ou d’un générateur de patterns numériques pendant plusieurs semaines. Le module de communication doit également être capable de contrôler les lignes numériques de l’instrument pour configurer les modes de l’appareil.

L’utilitaire de configuration de registres de semi-conducteurs basé sur l’UI permet d’établir la communication avec le matériel grâce à une configuration simple pour des protocoles tels que I2C, SPI, SPMI, I3C, etc. Cet outil permet de comprendre le comportement du matériel et de vérifier la procédure de mesure de manière interactive avant l’automatisation de la mesure.

Les autres fonctionnalités sont répertoriées ci-dessous :

• Importation de l’intégralité de la carte de registre (informations du registre et du champ) du matériel dans l’interface graphique intuitive.
• Utilisation des opérations d’écriture/lecture de registre de l’interface graphique pour communiquer avec le matériel et configurer ses registres pour la mise au point d’un cas d’utilisation client ou le fonctionnement de base du matériel.
• Enregistrement des séquences d’opérations de lecture/écriture sous forme de macro pour une utilisation ultérieure dans l’automatisation.
• Enregistrement de l’instantané de la carte de registre du matériel pour une mesure spécifique et rappel de la configuration ultérieurement dans l’automatisation.

Si vous souhaitez implémenter un contrôle de matériel standardisé, envisagez une solution clé en main telle que le complément logiciel Semiconductor Device Control Add-On, qui offre des capacités de contrôle de périphérique interactives et intuitives qui passent rapidement à la validation automatisée.

Interface de contrôle d’instruments

Vous pouvez contrôler les instruments de banc via une interface utilisateur simple et ajouter de nouveaux panneaux de contrôle d’instruments selon vos besoins via l’architecture de plug-in. Le framework prêt à l’emploi fournit des instruments couramment utilisés tels que les blocs d’alimentation, les SMU et les oscilloscopes. Ainsi, vous n’avez pas besoin de développer de logiciel. Ces outils vous aident à mettre manuellement sous tension les cartes matérielles et le DUT, ainsi qu’à résoudre les problèmes de matériel et de DUT.

Configuration d’un instrument

Vous pouvez configurer l’instrument à partir de ces interfaces graphiques interactives pendant la mise au point. Stockez les paramètres de configuration de l’instrument et chargez-les ultérieurement dans l’instrument pendant l’automatisation des mesures.

Par exemple, le logiciel InstrumentStudio vous offre un environnement intégré de configuration d’instruments dans lequel vous pouvez effectuer des mesures rapides et interactives et exporter des données de configuration qui facilitent le passage à l’automatisation.

Mappage des broches du DUT aux voies de l’instrument

En général, les ingénieurs définissent les paramètres de la procédure de test à partir du DUT. La connexion des broches du DUT à la carte matérielle de validation est intégrée dans le code de mesure. L'utilitaire de mappage de broches définit le mappage entre les broches du DUT et le PCB du matériel de validation, ce qui facilite le maintien des informations de mappage en dehors du code de mesure. Lorsque les instruments et le DUT changent, seule la correspondance est modifiée, et non le code. Un mappage de broches permet d’extraire les détails spécifiques aux instruments et au DUT du bloc de PI de mesure principal et favorise la réutilisation du bloc de PI de mesure dans divers produits et entre les équipes sans qu’il soit nécessaire de procéder à une modification manuelle lors de la réutilisation.

Bloc de PI de mesure/Bibliothèque

Le développement des mesures requises pour le matériel constitue la tâche principale des ingénieurs de validation. Lors du développement d’une mesure typique, ils codent souvent en dur les paramètres d’entrée dans le code de mesure. Lorsqu’un autre ingénieur ou une autre équipe valide du matériel similaire, le code de mesure doit être copié puis personnalisé pour l’adapter au nouveau matériel. Cela implique de nombreux changements de code et nécessite des tests complets du code, ce qui demande plus de temps et d’efforts et entraîne des coûts supplémentaires.

Idéalement, le framework devrait extraire le développement du bloc de PI de mesure avec des paramètres d’entrée et de balayage pour une réutilisation dans un autre appareil de la même famille ou ayant le même bloc de PI. Ensuite, d’autres ingénieurs peuvent utiliser les blocs de PI de mesure réutilisables dans l’automatisation pour effectuer plusieurs mesures sur le même appareil et analyser différentes conditions de test telles que la température et l’alimentation en entrée. Le bloc de PI de mesure réutilisable réduit le temps de développement et de mise au point des mesures pour du matériel ou une famille similaire, ce qui permet de gagner du temps et de l’argent et de raccourcir la mise sur le marché.

Conditions de balayage et de boucle

La validation complète d’un appareil nécessite d’effectuer des mesures dans de nombreuses conditions pour s’assurer que celui-ci fonctionne conformément aux spécifications. L’ingénieur de validation doit donc effectuer des mesures dans de nombreuses conditions de processus, de tension et de température (PVT), ce qui nécessite un framework d’automatisation flexible et robuste. L’ingénieur de validation doit être capable de configurer, de modifier immédiatement les conditions de balayage et d’exécuter efficacement l’automatisation sans changer le code du bloc de PI de mesure. Dans le framework, vous pouvez configurer les paramètres sur lesquels les mesures doivent être balayées :

• Configurer facilement la gamme de valeurs pour chaque paramètre de balayage, à la fois individuellement et intégralement, dans un balayage imbriqué
• Générer rapidement des valeurs de balayage en fonction d’une distribution et visualiser les conditions
• Enregistrer automatiquement les conditions de balayage avec les données de mesure

Lorsque les paramètres de balayage sont dissociés du module de mesure, vous pouvez développer un bloc de PI de mesure réutilisable et favoriser la collaboration entre les équipes.

Séquenceur de test

Le séquenceur de test est l’élément central de l’automatisation et de la collecte des données. L’objectif de l’ingénieur de validation est de rassembler les mesures (de la bibliothèque du bloc de PI de mesure) développées pour le DUT et d’effectuer les mesures en conditions de test PVT. L’ingénieur de validation doit pouvoir le faire rapidement, avec un développement logiciel réduit à son minimum. Le séquenceur de test du framework est un outil facile à utiliser et à maîtriser. Utilisez l’environnement de séquencement de test pour :

• Séquencer des tests à l’aide d’actions glisser-déposer et configurer rapidement l’entrée.
• Créer des configurations d’instruments et de dispositifs dans l’environnement de mise au point/interactif.
• Configurer et enregistrer toutes les conditions PVT dans le gestionnaire de conditions de balayage intégré.
• Exécuter rapidement des tests et accéder aux données dans le module d’enregistrement de données intégré .csv par défaut.
• Accélérer la collecte de données sur plusieurs DUT en parallèle avec les tests multisites.
• Personnaliser le développement grâce aux fonctionnalités avancées du langage de programmation, telles que les boucles et les instructions.

Le logiciel de gestion des tests et des mesures TestStand vous permet de développer, de mettre au point et de déployer des séquences de mesure dans une seule solution standard prête à l’emploi, de développer des séquences multithread, de prendre en charge n’importe quel langage de programmation, de générer des rapports et d’enregistrer dans une base de données. Les principales organisations de validation du secteur ne perdent pas un temps précieux et des ressources d’ingénierie pour développer et maintenir des solutions logicielles qui n’apportent aucune valeur ajoutée à la conception de leurs produits. En revanche, la collaboration avec un expert en logiciels comme NI permet aux équipes de consacrer plus de temps aux blocs de PI de mesure, à l’analyse des performances du matériel et au feedback sur la conception grâce à un séquenceur de test clé en main.

Abstraction matérielle et de mesure

Souvent, les laboratoires de validation utilisent différents modèles d’instruments sur différents sites ou bancs. Dans ces cas-là, le code de mesure développé sur un banc ne peut pas être réutilisé sur un autre. Chaque banc a son propre code de mesure ; par conséquent, les mesures de test sont fragmentées et non réutilisables. Une couche d’abstraction matérielle (HAL) résout ce problème en dissociant les informations de l’instrument du code de mesure.

Par exemple, le banc A peut utiliser une SMU NI pour alimenter le DUT. Mais le banc B utilise une alimentation sur table. Sans HAL, chaque banc nécessite un code de mesure personnalisé pour alimenter le DUT, et la séquence de mise sous tension n’est pas réutilisable. Cependant, avec HAL, l’auteur de la mesure appelle simplement les API parent de niveau principal dans son implémentation. Le choix du matériel repose sur une configuration interactive sur l’écran de mappage de broches de l’instrument.

Figure 3. Couches d’abstraction de séquence de test

Réutilisation du bloc de PI de mesure

Le développement de modules de mesure sur HAL et la communication numérique modularise la dépendance spécifique. Ces abstractions favorisent le développement de blocs de PI de mesure modulaires et réutilisables, réduisant ainsi les efforts de développement et de test.

​Enregistreur de données standardisé

Les tests de validation s’exécutant pendant plusieurs heures, voire plusieurs jours, vous devez capturer et enregistrer rapidement les données de mesure pour éviter toute perte de données due à des problèmes imprévus au niveau du système ou du logiciel. L’enregistreur de données standardisé du framework enregistre constamment les données après chaque boucle dans un fichier .csv local pour éviter toute perte de données. Grâce à ce stockage local, vous pouvez vérifier immédiatement les données pour une mise au point plus rapide.

De plus, ce module d’enregistrement de données identifie les conditions de balayage (PVT) définies au moment de la mesure. Ainsi, lorsque le responsable ou le concepteur examine les données, toutes les conditions associées sont disponibles avec les données de mesure.

Figure 4. Enregistrement continu des données de mesure avec un enregistreur de données standardisé

Les avantages d’un enregistreur de données standardisé sont les suivants :

• Une implémentation commune dans les workflows interactifs de démarrage et d’automatisation des tests
• Le développeur de mesures se concentre uniquement sur le développement de blocs de PI de mesure de base, alors que le framework se charge de l’enregistrement des données de mesure.
• Le développeur transmet les données de mesure du module à l’aide des API d’enregistrement de données du framework, qui identifie automatiquement toutes les conditions avec les données de mesure.
• Vous pouvez charger les données standard dans l’outil d’analyse de votre choix pour les examiner.
• Grâce à une architecture de plug-in flexible, vous pouvez ajouter des formats de stockage sans affecter les modules de mesure de base.

Stockage et analyse centralisés

Les conventions relatives aux noms constituent l’un des plus grands défis en matière d’analyse des données : Les ingénieurs de validation développent des fonctionnalités d’enregistrement et des codes de mesure en utilisant les noms de leur choix. Chaque nom nécessite une méthode unique d’examen et d’analyse des données pour chaque dispositif. Grâce à un format d’enregistrement de données structuré et standardisé, vous pouvez visualiser rapidement les données, ce qui réduit le temps de mise au point.

Le framework d’enregistrement des données prend en charge les fichiers CSV (valeurs séparées par des virgules), Excel, TDM en continu et STDF (Standard Test Data Format). L’enregistrement des données dans un fichier CSV peut être au format large ou haut :

• Dans le format large, chaque colonne et chaque ligne représentent respectivement un paramètre et une valeur de mesure.
• Dans le format haut, toutes les mesures sont enregistrées dans trois colonnes : nom du test, nom du paramètre et valeur du paramètre.

Un format standardisé avec des tags de métadonnées de mesure augmente l’efficacité de l’enregistrement des données et permet de les tracer rapidement pour la visualisation. Il est essentiel de pouvoir accéder facilement au stockage centralisé des données de validation, aux informations sur les spécifications et aux données de vérification tout au long du processus de validation. La base de données centrale est essentielle pour développer des outils tels que :

• La génération automatisée de rapports de conformité aux spécifications (comparer les paramètres mesurés pour l’appareil aux paramètres de conception clés)
• La corrélation des données pour comparer la vérification de la conception avec les données de validation de la puce

Si vous souhaitez évaluer l’impact d’une architecture de framework de validation sur votre laboratoire, NI et Soliton travaillent ensemble depuis des décennies pour aider les clients du secteur des semi-conducteurs à améliorer leur efficacité et à accélérer la mise sur le marché. Comptant plus de 100 ingénieurs LabVIEW et TestStand et plus de 20 prix techniques NI, Soliton fournit des services d’ingénierie hautement différenciés qui complètent les produits et solutions NI. En tant que partenaire spécialisé dans les semi-conducteurs NI pour les laboratoires modernes, STS et le logiciel SystemLink™, Soliton est spécialisée dans le développement de solutions de plate-forme spécialement conçues pour la validation post-silicium, qui peuvent améliorer considérablement la productivité des ingénieurs grâce à des outils puissants et à la standardisation.

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