Teradynes Taktiken, um Zwanzig in Angriff zu nehmen

Als ich ein junger Spross war, arbeitete ich für zwei Schwesterunternehmen namens Cirrus Designs und Cirrus Computers in Großbritannien. Bei Cirrus Designs habe ich alles über das Testen integrierter Schaltkreise (ICs) und Leiterplatten (PCBs) gelernt. Inzwischen habe ich bei Cirrus Computers alles* über digitale Logiksimulation, automatische Testmustergenerierung (ATPG) und automatische Testgeräte (ATE) gelernt. (*Wenn ich in diesem Zusammenhang „alle“ sage, meine ich nicht, dass ich alles gelernt habe, was es zu wissen gibt; vielmehr, dass ich alles gelernt habe, was ich in meinen dürftigen Verstand quetschen konnte.)

Beide Unternehmen wurden schließlich vom amerikanischen Unternehmen General Radio, kurz GenRad, übernommen. GenRad wurde 1915 gegründet und war einer der ersten Hersteller elektronischer Werkzeuge und Instrumente. In den 1950er Jahren entwickelte sich das Unternehmen zu einem wichtigen Akteur auf dem ATE-Markt und stellte eine Reihe von Testern für bestückte Leiterplatten her.

Ein weiteres berühmtes amerikanisches Unternehmen in diesem Bereich ist Teradyne, das 1960 gegründet wurde, als die Halbleiterindustrie noch in den Kinderschuhen steckte. Teradyne begann mit dem Bau von Testern für diskret verpackte Komponenten wie Dioden und entwickelte sich schnell zum Bau von Testern für ICs. Um der ständig zunehmenden Komplexität dieser Geräte gerecht zu werden, begann Teradyne Mitte der 1960er Jahre, Minicomputer in seine Testprodukte einzubeziehen. Dies war eine radikale Idee, die einen neuen Markt hervorbrachte, den Teradyne im Wesentlichen bis Mitte der 1970er Jahre besaß.

Nach den 1970er Jahren erlebte Teradyne viele Höhen und Tiefen, bevor sie sich schließlich in den milliardenschweren Giganten verwandelte, den wir heute kennen und lieben. Im Jahr 2001 erwarb Teradyne GenRad, was mir – auf seltsame Weise – das Gefühl gibt, ein jüngeres Mitglied der Teradyne-Familie zu sein.

Ich habe gerade etwas über den antiken griechischen Mathematiker, Physiker, Ingenieur, Astronomen und Erfinder Archimedes gelesen, der als einer der führenden Wissenschaftler der klassischen Antike und als einer der größten Mathematiker aller Zeiten gilt. Mein Interesse an Archimedes wurde durch ein Gespräch mit Eli Roth geweckt, der Produktmanager für Smart Manufacturing bei Teradyne ist. Eli hielt mich über die kürzliche Einführung der Archimedes Analytics-Lösung von Teradyne auf dem Laufenden.

Eli verwies zunächst auf meine aktuelle Kolumne über Chiplets (siehe „Sind Sie bereit für das Chiplet-Zeitalter?“). Er wies darauf hin, dass es ständige Fortschritte bei Halbleitern gebe, die Qualitätsprobleme mit sich bringen, eine dieser Verbesserungen seien Chiplets. Es gibt neue Materialien, neue Gerätetypen, neue Architekturen und neue Verpackungstechnologien, die alle neue Rechenkapazitäten bieten und höhere Qualitätsstandards erfordern.

Halbleiterverbesserungen führen zu Qualitätsproblemen (Quelle: Teradyne)

Es gibt ein paar Dinge, die mir ins Auge fielen, als ich zum ersten Mal meine Kugeln über die obige Abbildung warf. Schauen Sie selbst und sehen Sie, ob irgendetwas Sie dazu veranlasst, eine gerunzelte Augenbraue hochzuziehen. Der erste Punkt ist, dass Chiplets nicht erwähnt werden, aber Eli versichert mir, dass diese kleinen Kerle von der „3D-Stacking- und Advanced-Packaging“-Blase umarmt werden, also ist das in Ordnung.

Wie wäre es mit der „Dark Silicon“-Blase – was zum Teufel ist das? Ich habe schnell gegoogelt, während niemand hinschaute. Die Wikipedia war ungewöhnlich wenig hilfreich und informierte mich lediglich darüber, dass sich dunkles Silizium auf die Menge an Schaltkreisen auf einem IC bezieht, die bei einer bestimmten TDP-Beschränkung (Thermal Design Power) nicht mit der Nennbetriebsspannung eingeschaltet werden können, was mir praktisch nichts sagte, was ich wollte wissen.

Glücklicherweise war die Website von Semiconductor Engineering etwas ausführlicher und erklärte, dass sich Dark Silicon auf eine Methode zum Energiesparen in ICs bezieht, indem Segmente eines Chips abgeschaltet werden, wenn sie nicht verwendet werden. Etwas detaillierter heißt es: „[…] Dieses Scheitern der Dennard-Skalierung hat die Ära dessen eingeläutet, was Designer als ‚dunkles Silizium‘ bezeichnen.“ Wenn sich die Anzahl der Transistoren verdoppelt, das Leistungsbudget für die Schaltung als Ganzes jedoch gleich bleibt – oder dank der Verbreitung mobiler Geräte sinkt –, halbiert sich die verfügbare Leistung für jeden Transistor. Bleibt die Schwellenspannung gleich, halbiert sich auch die Anzahl der Transistoren, die gleichzeitig arbeiten können. Diese nicht betriebsbereiten Transistoren bestehen aus dunklem Silizium, gemessen als Bruchteil der Gesamtfläche des Chips.“

Wir schweifen jedoch ab ...

Wie erhalten wir im Fall von Chiplets, die wir auf einem gemeinsamen Substrat zusammensetzen, einen guten Chip und wie befestigen und verpacken wir diese Chiplets? Wenn wir ein fehlerhaftes Chiplet erst im letzten Verpackungsschritt entdecken, ist das viel zu spät.

Nehmen wir als weiteres Beispiel die Automobilindustrie. In der Vergangenheit waren Ausfälle, die zu Garantieausfällen führten, typischerweise elektromechanischer Natur und betrafen den Motor oder den Antriebsstrang. Heutzutage können die meisten Ausfälle, die zu Garantieausfällen führen, auf ein Halbleitergerät zurückgeführt werden. Infolgedessen drängt die Automobilindustrie auf Ausfallraten bei Halbleiterbauelementen von einem Teil pro Milliarde (eeek).

Eli weist darauf hin, dass eine Möglichkeit, den Ertrag zu steigern und die Qualität zu verbessern, der Einsatz fortschrittlicher Analysen ist, was uns – und ich kann mir nur vorstellen, dass Sie überrascht sein werden – direkt zur Archimedes Analytics-Lösung zurückführt.

Analyselösung von Archimedes (Quelle: Teradyne)

Wir haben nicht die Zeit, alle diese Punkte einzeln durchzugehen, aber wir können uns sicherlich ein paar herauspicken. Nehmen Sie zum Beispiel Echtzeitdaten. In der Vergangenheit hat der Wafer-Tester eine Protokolldatei erstellt und diese Protokolldatei am Ende eines Laufs zur Big-Data-Verarbeitung in die Cloud hochgeladen. Hier betreiben Sie die klassische statistische Prozesskontrolle. Sie können sich die Geräte auch einzeln ansehen, dies kann jedoch Minuten, Stunden oder sogar Tage dauern, nachdem Sie den Wafer getestet haben. Im Vergleich dazu bedeuten die Echtzeit-Datenstreaming-Funktionen der Archimedes Analytics Solution, dass alles zum Zeitpunkt des Testens des Geräts geschieht, also nicht Minuten, Stunden oder Tage – wir sprechen von Millisekunden der Zeit bis zur Datenverfügbarkeit.

Und dann haben wir Sicherheit. Die Daten müssen jederzeit und in allen Phasen des Prozesses sicher sein. Sie können nicht zulassen, dass jemand eingreift und das Gerät oder das Modell modifiziert oder die Daten ausspioniert. Daher verwendet die Archimedes Analytics Solution ein Zero-Trust-Modell (ZT), bei dem die Daten durchgehend verschlüsselt sind. Sie möchten beispielsweise nicht, dass jemand Daten vom Tester entnimmt und sie manipuliert, bevor er ihn versendet. Somit stellt Teradyne sicher, dass alle vom Tester gelieferten Daten echt sind und im Wesentlichen als „bekanntermaßen gut von Teradyne“ „gestempelt“ sind; Das heißt, es handelt sich um echte Daten, die direkt vom Tester stammen und nicht von ruchlosen Schurken manipuliert werden können – es sind Daten, auf die sich Kunden verlassen können.

Im Folgenden werden zwei Hauptnutzungsszenarien dargestellt. Im ersten Szenario werden Daten von einem Teradyne-Tester direkt an das Edge-Gerät von Teradyne in Form des UltraEdge2000 gestreamt. Mit der geringsten Latenz und dem leistungsstärksten parallelen Rechenprozess, den Teradyne bietet, befindet sich der UltraEdge2000 direkt in der Testzelle und liefert so Echtzeitanalysen und umsetzbare Echtzeitdaten, die für Echtzeitentscheidungen verwendet werden können. Zusätzlich zu den sofort einsatzbereiten Analyselösungen von Teradyne können Kunden ihre eigenen, selbst entwickelten Lösungen oder Lösungen von anderen Analyseanbietern einsetzen.

Analyselösung von Archimedes (Quelle: Teradyne)

Außerdem können die Daten in große Datenpools in der Cloud gestreamt werden. Dies ermöglicht die Durchführung von Analysen über mehrere Testzellen hinweg, möglicherweise über mehrere Produktionsstandorte hinweg. Und es gibt sogar eine potenzielle Zukunft, in der Analysen über Datensätze mehrerer Unternehmen durchgeführt werden (die Daten einzelner Unternehmen könnten verschleiert werden), um die Analyse von Fertigungsproblemen in der gesamten Branche zu erleichtern.

Ich weiß, dass Nostalgie nicht mehr das ist, was sie einmal war, aber das Gespräch über Tests hat eine Welle der Nostalgie in mir ausgelöst. Ich hatte damals viel Spaß daran, Testprogramme für ICs und PCBs von Hand zu erstellen, und ich liebte die Arbeit mit der automatischen Testmustergenerierung und automatischen Testgeräten. Und du? Haben Sie waghalsige Geschichten im Zusammenhang mit Prüfungen? Möchten Sie diese gerne mit dem Rest von uns teilen?