凭借一体化开放平台，NI能否打破半导体测试传统格局？

摩尔定律是一个经济定律。每两年晶体管单位成本降低一半的趋势延续了几十年，但进入28纳米以后，半导体成本学习曲线发生改变，单纯依赖缩减工艺尺寸来降低成本的方式难以为继，于是立体封装、多层堆叠等技术（即所谓“超越摩尔”）手段被用来增加单位晶体管密度，降低芯片成本，但芯片成本降低速度减缓已不可避免。所以在当前阶段，采用更多样化手段降低芯片成本，已经成为半导体厂商的共识。

原本占比不太高的测试成本，如今也成为厂商进一步压低成本的重点方向，而且芯片复杂度上升，也导致测试成本增加，因此降低测试成本的价值就越来越大。测试成本分为两类，一类是一次性的投入，包括测试设备投入及测试方案开发；还有一类是日常测试成本，主要是设备运行成本与操作人员工资成本。日常测试成本直接与测试时间相关，单位测试时间越短，或者说测试吞吐量越大，则测试成本越低。

在半导体厂商IDT的一个案例中，其生产测试厂房采用了美国国家仪器（National Instruments，简称NI）的半导体测试解决方案（Semiconductor Test Solution，简称STS方案）。该方案可全天候运作，测试时间比传统方法缩短了10%到25%，测量功能和准确度也有提高，而且为测试厂房腾出更多空间，进一步提高测试装置的生产力。 利用NI STS，IDT即可淘汰较旧且难以支持和维护的测试系统，从而提高了测试性能、降低整体测试成本。 其中一些较旧的系统对电力和冷却需求较高，而NI STS只需插上一个110 V的插座即可，无需额外的设备。 旧系统每个元件每小时的测试成本是NI STS的两倍。 此外，NI STS通过真正的并行测试功能为多个测试站点提供高性能测量特性，进一步降低测试成本。

左：NI市场开发经理潘建安

右：NI技术市场工程师马力斯

NI市场开发经理潘建安表示，STS系统不仅比传统一体化自动测试系统更便宜，最大价值还在与NI平台的开放式与模块化设计理念，利用PXI模组化平台，半导体厂商可以实现从实验室到量产都采用同一个平台，从而避免实验室与量产测试数据之间的分裂，让设计验证与量产测试可共用资料，进而提高效率，降低成本。

目前NI提供的测试方案覆盖从实验室特征分析、晶圆测试（WAT、CP、晶圆可靠性测试等）、FT测试以及系统级测试（SLT测试），不论是设计研制、晶圆制造、封装过程中，还是封装完成，无论是射频芯片、混合信号芯片、甚至最新的3D IC和系统级封装（SiP），都可以用NI这一套统一的平台来实现。

北京博达微科技有限公司 (简称“博达微”) 近日宣布推出最新基于机器学习的半导体参数化测试产品FS-Pro，真正将IV测试、CV测试、低频噪声 (1/f noise) 测试等常用低频特性测量集成于一体，实现在单台仪器内完成所有测试的需求，并将测试速度提升10倍，在低频噪声测试中将原本需要几十秒的测试时间缩短至5秒以内。

近日，基于美国国家仪器 (National Instruments，以下简称“NI”) 的PXI源测量单元 (SMU)，专注利用人工智能驱动半导体测试测量的北京博达微科技有限公司 (简称“博达微”) 宣布推出最新基于机器学习的半导体参数化测试产品FS-Pro，真正将IV测试、CV测试、低频噪声 (1/f noise) 测试等常用低频特性测量集成于一体，实现在单台仪器内完成所有测试的需求，并将测试速度提升10倍，在低频噪声测试中将原本需要几十秒的测试时间缩短至5秒以内。

FS-Pro

“FS-Pro是业界首次把IV，CV和噪声测试集成到单台设备中，无需换线客户即可完成几乎全部低频参数化表征，并将测试速度提升10倍。同时，基于NI提供的模块化架构，用户可以灵活扩展，从四通道到近百个通道，” 博达微CEO李严峰表示，除了被高校与研究所采用，现在联电、旺宏、华邦等公司也已经布置FS-Pro，“作为一家传统上主营业务为EDA的公司，博达微居然一年卖了20套半导体参数分析设备，竞争对手的设备见一个打一个。”

除了能够将实验室测试与量产测试打通，NI在射频测试与系统级测试方面也有突出优势。通过LabVIEW和PXI平台，半导体厂商可以非常快速地实现系统测试功能，潘建安指出，对SiP产品而言，系统级测试已经成为必选项。在射频方面，5G将为今后几年的重点市场，Oorvo已经发布首个5G射频前端模块，该射频前端模块采用NI 1GHz高带宽的最新矢量信号收发仪，集成高性能数字和功率测试模块，Qorvo构建了一个高集成度的测试平台，在即将开幕的2018 SEMICON展会上，也将展出Qorvo的这一个测试方案。Qorvo移动产品部载波联系与标准总监（Director of carrier liaison and standards）Paul Cooper表示：“NI PXI测试系统的高带宽，出色的射频性能以及灵活性对帮助我们推出业界首个商用5G射频前端模块至关重要。”

传统半导体测试方案在系统一致性、可扩展性、数据管理易用性等方面的限制，为半导体厂商增加了很多隐性成本。测试成本最终会以测试时间来衡量，测试时间对芯片成本的影响，不单纯在于测试时产生的设备运行成本与人力成本，而且将会影响到上市时间与单位时间产出量，半导体厂商最会追求去尽可能降低测试时间，从而抓住产品时间窗口，实现产品最大效益，正如德州仪器的Sambit Panigrahi所言，“使用NI TestStand和LabVIEW，我们成功地将冗长的手动测试过程，转换为高度自动化的测试循环，并将原本高达数个星期的回归测试周期，缩短到仅仅几天，同时还提高了系统稳定性、可重复性和可维护性。”

潘建安表示，虽然正式进入半导体测试领域时间并不长，但NI在半导体测试领域的知识积累却很早，十几年前就有半导体厂商开始用PXI平台来搭建测试系统，STS系统正式销售始于2014年，到现在全球已经部署超过500台STS。“NI的方案是弹性配置，模块化设计，双轨并进，比传统测试设备成本更低、功能更多、可扩展性更强，理论上可以覆盖所有应用场景。所以NI半导体测试方案一推出，便受到半导体厂商的关注，”潘建安认为，NI推出半导体测试方案，打破了传统半导体测试市场缓慢守旧的格局，“这个市场好久都没有活水，NI的测试方案一出现，大家都眼前一亮：原来半导体测试还可以这样做。”