מגמות חדשות בתחום המוליכים למחצה מביאות אתגרים חדשים ופתרונות חדשניים. מערכות על שבב (SoC) של הדור הבא מתוכננות עבור מערכות אלקטרוניות שנדרשות להן רמות גבוהות יותר של אמינות, בטיחות, ביצועים ואבטחה. מוצרי הקצה כבר היו כפופים לניהול מחזור חיים של מוצרים (PLM), כאשר Siemens הייתה חלוצה בו, אשר סייע לעקוב אחר כל מחזור החיים של מוצר ולנהל אותו, מראשית דרך תכנון, מימוש, פרישה ושירות בשטח, באופן ישיר, עד לפעילויות סוף החיים כגון סילוק סופי של המוצר. אותה רמה של בחינה קפדנית אומצה היום עבור המעגלים המשולבים שמפעילים את אותם מוצרים אלקטרוניים. התהליך ידוע בשם ניהול מחזור החיים של הסיליקון (איור 1).
איור 1 :פתרונות מחזור החיים של סיליקון מקיפים את המחזור השלם של תכנון, מימוש ושימוש תוך מתן מענה לאיתור תקלות, בחינה, ניהול תפוקה, בטיחות ואבטחה ואופטימיזציה בשטח. קרדיט: Siemens EDA
המניעים והיתרונות של ניהול מחזור חיים של סיליקון
ההתפתחויות בתעשיית המוליכים למחצה מתבססות על סילום (scaling) של טכנולוגיית תהליכים, סילום תכנון וסילום ברמת המערכת. סילום טכנולוגיית תהליכים הוא הקטנה של מעגלים, אשר מובילה להיקף גדול יותר ולמורכבות גדולה יותר של תכנוני מעגלים משולבים בתוך התקנים בעלי מורכבות שמתפתחת ומתפשטת באופן מתמיד, והיא חיונית להשגת היעד.
האתגרים הכרוכים בשמירה על תחרותיות בשוקי המוליכים למחצה היום ובעתיד מקיפים את כל מחזור המוליכים למחצה מתפישה עד תכנון, דרך ייצור ופרישה. פתרון הוא פתרונות מחזור החיים של הסיליקון (SLS) אשר מעניקים נראות ללא תקדים אל תוך החיים של מוצר הסיליקון.
ואולם כיצד נראה מחזור SLS? פלטפורמת SLS אוספת נתונים מהשבב ומהתהליכים הכרוכים בייצורו. היא מיועדת לכרייה של כמויות עצומות של נתונים, ומספקת מידע לביצוע במקום ובזמן הנדרשים. פלטפורמת SLS מבססת גישה כוללנית אשר מאפשרת לחברות מוליכים למחצה לשפר תהליכים קיימים. לדוגמה, טכניקות DFT מתקדמות משפרות את איכות המעגלים המשולבים, מגדילות את יעילות הבדיקות ומאפשרות ניתוח תפוקה מונע ניתוח (DDYA). אך מחזור SLS מוסיף ומשפר אותה על ידי שימוש בחומרה על השבב ובלוגיקת DFT לניטור התנהגות של מעגלים, ולהערכה ולאיסוף הנתונים שמזינים את לולאת האופטימיזציה מפעל–לשטח.
אמצעי ניטור פונקציונליים משובצים הם מרכיב נוסף של פלטפורמת SLS. הם מבצעים הרכשה של נתונים שמתאימים בצורה שניתנת לניהול וכאשר נדרש, מנסחים את התגובה המקומית ומממשים אותה. לדוגמה, מוליכים למחצה המשמשים בדור הבא של התקנים קריטיים לבטיחות ואשר פרושים במכוניות חייבים להיות אמינים, ובעלי בטיחות ואבטחה מפני התקפות רשת מובטחות. פלטפורמת SLS היא מסגרת עבודה שדרכה אפשר לנטר ולהעריך מערכות על שבב בתחום הרכב לאורך חיי השימוש כולם.
מרכיבים של ניהול מחזור החיים של סיליקון
פלטפורמתSLS מקיפה את שרשרת הערך המסורתית של מוליכים למחצה – תכנון, ייצור, בדיקות והזדקנות. היא גם מגיעה עמוק לשלב הפרישה של ההתקן, כשהיא מספקת מידע שמקל על הלקוחות לתכנן את ההתקן ולספק מוצרים סופיים ולאפשר ניטור נמשך בשטח למען תחזוקה מונעת בשטח וכדי להבטיח שההתקנים נשארים עם ביצועים מלאים לאחר ביצוע שדרוג בשטח. היא מקדמת מידע מיצרן ההתקנים אל לקוחות שהם יצרני ציוד מקור (OEM) ואל משתמשי הקצה ומעבירה מידע לאחור מהשטח אל שלב תפישת המוליכים למחצה ולתהליך הייצור.
למימוש היתרונות של פלטפורמת SLS קיימים שני מרכיבים שהם יסודיים:
- המתכנן של המוליך למחצה צריך לכלול תוספות תכנון אשר אוספות מידע מהשבב ומקדמות את בדיקת התהליך.
- פלטפורמת SLS חייבת להיות מוכרת כפרדיגמה של ריבוי שחקנים אשר מובילה עם ספקים של נכסים אינטלקטואליים, מפתחי מעגלים משולבים, מתקני ייצור (לעתים קרובות אלו גופים חיצוניים לחברה שמפתחת את ההתקן), יצרני ציוד מקור, חברות שמספקות שירותים וספקים של מסדי נתונים ושל ניתוחים, כולם בתחום המוליכים למחצה.
בקדמת התהליך, מקורות הנתונים שעל השבב כוללים לוגיקת DFT, התקני ניטור פרמטריים והתקני ניטור פונקציונליים. כל החיישנים, התקני הניטור ולוגיקת DFT יכולים להפיק כמויות עצומות של נתונים – כאלו שיכולות להציף אפילו את יכולות הניתוח המתוכננות בצורה הטובה ביותר. תשתית ניטור הטובה מסוגה לוקחת זאת בחשבון על ידי יצירת התקני הניטור כך שאפשר יהיה לקבוע בהם את הקונפיגורציה בזמן פעולה כדי לבצע הרכשה של הנתונים הנחוצים בלבד, על ידי שילוב טכנולוגיה של דחיסת נתונים והכללה של קישוריות חיצונית מהירה כדי להעביר את הנתונים אל מחוץ לשבב.
איור 2 :איור רעיוני ברמה עליונה של פלטפורמת פתרונות למחזור חיים של סיליקון מאת Tessent. קרדיט: Siemens EDA
כדוגמה לפלטפורמת SLS שלמה, מתואר באיור 2 תיק המוצרים של חברת Siemens Digital Industries Software (Siemens EDA) שבו כלים אשר מקיפים את שרשרת הערך של מוליכים למחצה כולה.
לפלטפורמה זו יש ארבע שכבות מוגדרות:
הערכה, ניטור וניהול. שכבה זו מורכבת מהחיישנים והתקני הניטור שיוצרים את היסוד של פלטפורמת SLS, כשהיא אוספת נתונים על המערכת, שבהם אפשר להשתמש בשלבים שונים של מחזור החיים. היא כוללת את לוגיקת DFT אשר מזהה פגמים ותקלות מבניים, עם התקני ניטור פונקציונלי (ניתוחים משובצים), אשר בוחנים את פעולות הגומלין בין מערכות המשנה בסיליקון ובין מערכות הסיליקון והתוכנה המשובצת. כל אלו מאפשרים לאנשי התכנון לנטר, להבין ולשלוט באופן חכם על הפעילות של כל מבנה שעל השבב – לרבות מערכות לוגיקה בהתאמה אישית, חיבורים פנימיים וליבות יע”ם (CPU). התקני ניטור אלו מספקים נראות מלאה אל תוך מערכת הסיליקון וכן סינון חכם של נתונים ופעולה בזמן אמת “במהירות החוט” (wire-speed).
ניתוחים מהירים. שכבה זו היא מנוע החלטות משובץ עם תגובה בזמן המתנה (latency) קצר אשר מגלה, מפענח ומגיב לאיומים בזמן הקצר ביותר האפשרי. בחלק מיישומי שימוש הקצה, זמן תגובה מהירה הוא קריטי – במיוחד במקרים שבהם מעורבים עניינים של אבטחה, בטיחות ופרטיות כמו למשל בתעבורה של מרכזי נתונים. לדוגמה, ביישומים של כלי רכב לנהיגה עצמאית, המערכת יכולה לזהות פיקסלים במצב תקוע בקלט מהמצלמה ולאפשר ליע”ם הראשי להחליט באיזו פעולה לנקוט.
שכבת מסד הנתונים. השכבה השלישית מורכבת מיישומים שאוספים ומאחסנים כמויות גדולות של נתונים הנוצרים בשלבים שונים של מחזור החיים בהתקן ניטור היקפי חכם (IP) על השבב. בהכרח מעורבים בכך נתונים מספקים וממקורות מרובים – מתכנון דרך ייצור, תפעול והפסקת שימוש. מתוך כך, אינדקסי API פתוחים, שותפויות, יכולות פדרציה והשתתפות בארגוני תקינה מתאימים, הם גורמים קריטיים להצלחה.
שכבת היישום. ניתן לאפשר או להרחיב מערך של יישומים על ידי שימוש בנתונים ממערכות סיליקון. בין הדוגמאות נכללים יישומים לאבחון תקלות וניתוח גורמי שורש (root cause), בדיקת הזדקנות, איתור תקלות ואיפיון של הסיליקון ואיתור תקלות ברחבי המערכת באמולציה ובהזדקנות.
לסיכום, פלטפורמת SLS כוללת ניטור פונקציונלי, מבני ופרמטרי, חומרה ותוכנה לניתוח (על השבב וגם בענן) ומחויבות ללממשקים פתוחים, לשותפויות, ליכולות פדרציה ומאמצים לתקנים מתאימים. פלטפורמת SLS נותנת מענה לצורך מתגבר ודוחק ליישם עקרונות ניהול של מחזור החיים של מוצרים בשרשרת הערך של מוצרים על שרשרת הערך של מוליכים למחצה. חיבור המערכת האקולוגית של ניהול מחזור החיים של הסיליקון יאפשר קיום של שלב חדש של התרחבות ופיתוח בתחום המוליכים למחצה ויאפשר לתעשייה לשמור על מקומה בלב החדשנות למען הדור הבא של מוצרים וטכנולוגיה.
איור 1: פתרונות מחזור החיים של סיליקון מקיפים את המחזור השלם של תכנון, מימוש ושימוש תוך מתן מענה לאיתור תקלות, בחינה, ניהול תפוקה, בטיחות ואבטחה ואופטימיזציה בשטח.
איור 2: איור רעיוני ברמה עליונה של פלטפורמת פתרונות למחזור חיים של סיליקון מאת Tessent.
איילין ראיין היא מנהלת בכירה לענייני אסטרטגיה, לפתרונות Tessent Silicon Lifecycle Solutions בחברת Siemens Digital Industries Software.
