为了使5 g系统可靠

半导体工程坐下来讨论5 g可靠性与安东尼主,射频产品营销主管形状因子;Noam Brousard系统副总裁proteanTecs;安德烈van de Geijn,业务发展经理yieldHUB;和大卫·霍尔,半导体市场营销主管国家仪器。以下是摘录的谈话。

SE:我们如何衡量5 g芯片和系统的可靠性,从基站和接收设备吗?

主:做一个好的可靠的设备,无论是5克甚至4 g,或者内存或应用程序处理器,它真的可以归结为设备的质量模型。在任何类型的IC设计之前,您需要构建块。包括流程设计工具,这是由模型和晶体管、电感、电容器、正确和互联,但你只能这样做如果这些设备的模型是准确的。的作用香料建模实验室或设备建模团队是建立这些模型。需要大量的不同类型的测量,是否它是一个电流-电压(电流电压)曲线,C-V (capacitance-voltage)曲线,S -参数(散射参数)测量,当地的测量。从这些数据可以提取模型,创建数据库的晶体管是什么样子,然后集成电路设计者可以使用它们。模型越准确,越可能IC是第一次上班,或者第二次至少——更有可能的是,这将是一个可靠的芯片进入系统时,无论是手机、基站、整个系统的工作原理。所以这是对晶体管的基础,以确保它们是准确的。

Brousard:在芯片使其领域之前,仍有很长一段航程已经通过生产周期。派拉蒙的生产,测试,和这个芯片的资格,有最好的起点一旦字段。,5 g应用程序不能容忍失败。这不仅仅是纯粹的关于智能手机了。例如,5 g应用自主车辆failure-tolerant少得多。著名实践生产电子设备,在芯片级测试和资格,系统级,或系统水平,历史上很好地工作。但是一旦我们开始到7海里,5 nm,即将3纳米技术,我们需要重新思考我们如何把这些更上一层楼。例如,一个孤立的生产和测试方法,我们确保芯片是好的,然后把它扔在墙上的系统供应商,确保董事会,包括芯片是好的,等等,就不再把它——尤其是这些严格的要求。现在我们需要一个全面的端到端视图我们如何看芯片在其生产的生命周期,并确保有一个语言或一个数据认为是真正代表其质量在整个产品生命周期。根据这些数据,我们还可以看到不同阶段之间的关联,我们可以让它更精简、更高效的生产线。

大厅:我们真的需要把问题分成几个不同的阶段。有芯片的可靠性,系统可靠性,测量或描述这些不同的方式取决于如果你谈论增速低于GHz 5 g和毫米波。毫米波有重大风险,芯片的功能,但是系统可能不是函数作为设计因为有重大挑战与毫米波无线传播。有很多在波束形成,发现有很多发现的网络设计。很多网络可靠性将包括吞吐量和服务质量测量。这是完全可能的,事实上,可能,芯片的功能,但网络可能不会。

van de Geijn:我们的客户正在开发的芯片和模块接收方和发送方。他们不仅测试芯片,测试整个模块,以确保这些芯片在他们的环境中工作。我们不仅为一个单一的时刻,但随着时间的推移。他们测量结果每周或每月,长达六个月,看到芯片如何降低随着时间的推移,因为那是另一个问题。这些射频模块设计非常新,随着时间的推移,他们需要看到他们如何表现,他们使用我们的工具如何关联随着时间的推移,他们如何漂移,他们彼此的行为,接收器是如何做的,发送者是如何做的。你可以确保你的芯片是好的,但这是否意味着你的模块后好吗?这正是事情变得非常复杂和5克。这不仅仅是一个市场。这是很多不同的滚成一个市场,包括毫米波、基站,不管最终接收设备。

SE:这些设备或系统将在定期改变,其他的将在该领域可能几十年来,在基站和中继器的情况下,暴露在恶劣的环境中。我们需要考虑的衰老和考虑所有这些不同的因素?

Brousard:看这从芯片的角度来看,硅或晶体管退化的原因是众所周知的,特别是他们有多么明显的更高级的节点。所以在芯片领域的一段时间,科学我们知道失败背后的物理学。缺少的是一种翻译成我们可以理解的东西,这是可测量的和可操作的。我们如何监视和测量随着时间的推移和推断这些结果的影响?一个简单的方法是不断测试芯片的表现,如果其性能退化。这在多个方面不足。当监控功能反应降解我们可能只注意到退化的影响一旦他们实际上导致失败,或者我们不知道实际的物理退化的原因。也许我们无法使用这些知识来预测在未来会发生故障。另一种方法是使用遥测技术,基于我们所说的代理,嵌入到硅。那些总是监视硅晶体管级的物理参数,映射其退化。 You can plug that data into well-known formulas for hot carrier injection or NBTI, which cause aging in chips, and run ML algorithms that monitor the degradation rate and from there you can calculate and predict time to failure ahead of its actual occurrence.

大厅:随着基站,有一个基于时间的高可靠性要求。你看到汽车的需求比一些基站越来越困难,还是类似的?

Brousard:汽车行业有很高的标准,当然,但这也是未来的很多不同的市场。有一个稳定的范式转换的可靠性不仅要求这个顶级行业,也是一个经济必要性。它可能需要从可靠性的角度来看,因为你不想事情失败。从经济角度来看,你想知道什么时候你需要推出卡车取代的东西。如果你可以在一个芯片和看到的时候失败,你可以采取行动。如果一个基站失败,你切断了与沟通。但是如果你的激光雷达失败,或者如果摄像机自主车失败,这是一个更大的问题。

大厅:我们已经看到我们的一些汽车半导体客户去吃了类型的测试实践,即使是在验证实验室,它历史上你不会做。你会做一个漂亮的度量的最小集合,其中可能包括一些压力测试在热室或加压室,你会做几十个样品。但他们的做成千上万的样品,对我们的行业非常新。

主:我们看到很多可靠性测试压力。偏见可以包括更高的温度,高于正常,为了加速失败和电迁移或时间来分解一个结。让我们更好地预测失败在晶体管和构建过程——或者至少有一个了解何时、在什么情况下他们可能会失败,这样你就可以构建冗余。对于汽车,它需要在一个广泛的测试温度。一个典型的设备描述今天是摄氏-40°- 125°。汽车现在是被测试在摄氏175°因为芯片是接近热组件在车里。有更多的工作的可靠性,特别是汽车驱动。

van de Geijn:检查发生在广泛的温度和广泛的电压,这是必要的,因为这些都是无机窝因素。测试环境也看到不同的测试行为的相关性是什么以及如何在这些环境中。汽车客户仍在这个过程的开始。有太多的未知数,尤其是汽车和5克。如果效果很好,但如果你需要经过10亿年设备没有失败,而不是100万年,在汽车发生了什么,那么你所做的会比标准完全不同的芯片。

SE:我们一直听到千的五次方分之几对一些材料。

van de Geijn:你真正看到他们被添加进系统关键组件两次,所以如果一个失败,另一个,或者你从两个系统平衡的结果之前,你真的使用数据和你做些什么。但它不仅是5 g。它也为微控制器。

主类似于飞机,哪里有多个系统做同样的工作。如果一个下降,然后两人就可以把它捡起来。

SE:那么什么是失败在5克?这是一个通话掉线吗?是偶尔发生的漂移吗?还是所有的这些,没有畸变是可以接受的吗?

van de Geijn:这是或多或少地试图得到一个信号混乱。与其他系统,你使用富达解码器和复杂的算法来得到你的信号。所以你得到0数据,或者你得到0数据,这意味着你得到正确的数据。这是一件好事。但是如果你没有得到数据,你需要一个故障转移机制。第二个系统,或在汽车可以是一个人接管。

大厅失败:如果你看一个晶体管在低噪声放大器和功率放大器,得到零输出的结果是你的发射机,或者你得到零输入你的接收器。所以在一个完整的故障模式类型的情况下,你会停止沟通的能力。可能发生更多的是一种退化,随着时间的推移,功率放大器的一致的能力提供适当的输出功率会下降。在通信吞吐量转化为退化。标准实际上是适应性的,所以它可以使用调制技术来处理任何通信链路的信噪比可以负担得起。如果你的低噪声放大器有更糟糕的噪音地板,或你的功率放大器不能产生正确的输出功率,那么网络将你转到一个较低的数据吞吐量,但你仍然有一个相当强大的通信链路。结果是低质量的服务,即使系统实际上仍然可能是功能性的。

BrousardBrousard:虽然有补偿机制,看着退化在晶体管级的速度是很重要的,因为你不想满足你通过阈值。了解退化的速度几乎是降解本身一样重要。你可以补偿点,但是如果继续恶化,在某个时候会有失败。如果你有一个系统,您可以监视退化,可以补偿communications-wise,并采取预防性行动(替换,服务),而不必等待失败。在一辆车,你可以开车去商店,它取代了之前曾经发生故障时,可以影响你需要多少冗余和冗余的成本。所以监控退化不仅仅是补偿当坏事情发生了。

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