做芯片是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。涉及到了數(shù)字、模擬、SRAM、仿真、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)，但也還僅限于芯片設(shè)計(jì)的范疇，并且不包括其它重要的芯片設(shè)計(jì)工作，比如處理器架構(gòu)、各種算法的加速、以及比較特殊的射頻、固態(tài)存儲(chǔ)、FPGA等等。站在更高的角度看整個(gè)芯片的開(kāi)發(fā)流程，芯片設(shè)計(jì)僅僅是個(gè)開(kāi)端，后面還有制造、封裝、測(cè)試、系統(tǒng)、軟件、產(chǎn)品等等。那么今天來(lái)說(shuō)下芯片測(cè)試的問(wèn)題。

芯片測(cè)試

芯片測(cè)試本身就是一個(gè)大雜燴。我個(gè)人認(rèn)為它可以分為兩大類(lèi)：出廠前的測(cè)試和出廠后的測(cè)試（這個(gè)“廠”是制造芯片的工廠，或者叫做芯片的代工廠）。前者主要是確保芯片在制造過(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生缺陷（比如金屬線沒(méi)有短路/斷路）并且芯片上基本的元件達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)（比如邏輯門(mén)足夠快）。后者主要是確保芯片在功能上沒(méi)有缺陷（比如是否能處理某些特殊情況）并且達(dá)到了芯片這一級(jí)的各項(xiàng)指標(biāo)（比如整體功耗、數(shù)據(jù)傳輸速度等等）。

芯片的生產(chǎn)是一個(gè)流水作業(yè)，流水線上的每一個(gè)環(huán)節(jié)都不能太慢。測(cè)試設(shè)備比較昂貴，每塊芯片占用測(cè)試設(shè)備的時(shí)間是決定生產(chǎn)成本的一個(gè)重要因素。所以出廠前的測(cè)試，需要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)能盡可能多地找出有缺陷的芯片，同時(shí)還不要輕易丟掉沒(méi)有缺陷的芯片，這就產(chǎn)生了一門(mén)學(xué)問(wèn)，叫Design For Testability（DFT）。

芯片上的晶體管數(shù)以十億計(jì)，金屬連接更是不計(jì)其數(shù)，要想在短時(shí)間內(nèi)對(duì)它們做個(gè)遍歷并不是件容易的事。例如處理奇偶校驗(yàn)碼異常的電路，在沒(méi)有發(fā)生異常的時(shí)候是不工作的。根據(jù)我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)復(fù)雜的電路，花在驗(yàn)證上的工作量大于設(shè)計(jì)的工作量，而驗(yàn)證工作又有相當(dāng)大一部分是做各種異常情況的處理。為驗(yàn)證而做的仿真中，可以通過(guò)在testbench中人為制造異常而迅速驗(yàn)證相關(guān)電路。然而，當(dāng)電路設(shè)計(jì)做到了芯片上，內(nèi)部節(jié)點(diǎn)很難從外部直接控制。

出廠后的測(cè)試它們要讓芯片跑起來(lái)。在這里主要談?wù)勊鼈兊膮^(qū)別。驗(yàn)證的主要手段是仿真，即讓一個(gè)虛擬的芯片跑起來(lái)，而測(cè)試是真刀真槍地把應(yīng)用跑在芯片上、系統(tǒng)上。仿真所能覆蓋的范圍通常只是芯片的一部分，其它東西比如外圍設(shè)備，以及跟外圍設(shè)備通信的接口電路基本上都是用模型來(lái)代替。這些模型是否正確，是否能代表所有的實(shí)際情況，常常存在或多或少的不確定性。另外，因?yàn)榉抡娴乃俣群苈?，比較難在仿真中跑一個(gè)復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用（仿真的速度大概是實(shí)際芯片運(yùn)行速度的百萬(wàn)分之一）

從流片到第一批芯片從fab出來(lái)，大概需要幾個(gè)月的時(shí)間。拿到第一批芯片之后，把它們焊上電路板，接上各種外圍設(shè)備，然后開(kāi)始系統(tǒng)級(jí)的測(cè)試。這個(gè)時(shí)候，以前的仿真中沒(méi)有出現(xiàn)的問(wèn)題就可能會(huì)曝露出來(lái)。修改一次電路板，包括電路板的重新生產(chǎn)，大約幾周時(shí)間，花費(fèi)遠(yuǎn)低于一次芯片流片。當(dāng)然，這些高速信號(hào)的問(wèn)題，有時(shí)候是跟電路板的設(shè)計(jì)和芯片上接口電路的設(shè)計(jì)都有關(guān)，這又是一個(gè)團(tuán)隊(duì)合（che）作（pi）的好機(jī)會(huì)。最后剩下的就是芯片里面的問(wèn)題了。跑仿真的時(shí)候出現(xiàn)了問(wèn)題，可以比較容易通過(guò)檢查芯片內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的波形來(lái)debug。然而在系統(tǒng)測(cè)試中，芯片內(nèi)部的情況大多只能通過(guò)讀寄存器來(lái)debug。

當(dāng)然，有一些芯片上的bug極其隱蔽，不僅流片之前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，芯片做好之后仍然沒(méi)有在測(cè)試中曝露出來(lái)，一直到產(chǎn)品上市之后才被發(fā)現(xiàn)。一個(gè)著名的案例就是某硅谷大廠曾經(jīng)召回了存在浮點(diǎn)運(yùn)算bug的芯片，損失數(shù)億美元。這樣的問(wèn)題足以說(shuō)明測(cè)試工作在芯片開(kāi)發(fā)流程中是多么重要。當(dāng)一塊芯片流片回來(lái)，把一個(gè)仿真改一改，讓它跑在真正的芯片上，之前跑仿真的時(shí)候，屏幕上打印的中間結(jié)果慢得像蝸牛在爬，而現(xiàn)在是唰唰飛過(guò)，快得眼睛不能適應(yīng)，心中暗暗感嘆：多少偉大的公司是通過(guò)流片來(lái)做仿真。。。

編輯：黃飛