罗风 · 2021年02月08日

大牛访谈:DFT一哥老K

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10年在Marvell工作的时候结识了老K,我的好多入门知识都是从他那里学到的。老K是鲁国人,通读中国历史,聊到兴奋处滔滔不绝,像是他见过那些故纸堆中的人,经过那些王侯将相事儿似的。老K不听音乐,跑步时候听BBC,爱好刻印章,他是那种特别能沉静下来的人,屁股粘板凳,只要不是三急绝对可以废寝忘食。老K是典型的张江男,在不熟悉的人面前木讷、害羞,在熟人面前也会蔫坏蔫坏的讲段子。老K是技术的、刻苦的、沉静的、渊博的、木讷的、害羞的、偶尔优柔寡断的。

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DFT的前世今生

驴:DFT兴起于何时?跟⼯工艺节点相关吗?⼤概概述一下DFT的发展史?

老K:DFT并不是一项独立的技术,它只是芯片设计环节中的一个分支,它的发展是伴随着集成电路技术的发展而发展的,自从1957年仙童公司制造出第一块集成电路起,生产的集成电路就要考虑测试问题,对于用户而言,芯片就是一个黑盒子,内部的信号是没有办法观测的,只能通过芯片管脚加入的激励和芯片管脚的输出了来推测内部信号的状态,当芯片的越来越复杂、集成度越来越高,芯片管脚越来越多的时候,就必须加入一些辅助电路来观测芯片内部节点的状态,从而推测芯片的好坏,这就是DFT。一些基本的测试电路结构,比如scan、mbist、 lbist、 boundary等在上世纪70、80年代都已经发展的比较成熟了,atpg算法也发展的相当成熟了。到了2000年以后,半导体工艺进入到深亚微米阶段,集成度越来越高,为了节省I/O数目,开始出现压缩技术来减少IO pin的使用。现在随着超大规模SoC的发展,进而发展了层次化DFT设计来降低设计复杂度。

驴:DFT对于所有芯片都是必须的吗?

老K:理论上来说是的。DFT设计的目的是为了检测芯片生产过程中引入的defect,由于芯片制造极其复杂,不论工艺多成熟,产品良率永远不可能达到100%。这就要求芯片设计人员进行DFT设计,加入专门的DFT电路来检测芯片制造引入的defect,筛选出坏片。加入DFT逻辑不论从芯片面积还是人力成本上面都是一笔不小的开销,对于一些低端芯片或者测试的芯片,可以不做DFT以节省成本和缩短开发周期。但是对于比较高端的复杂SoC、DFT是必须要做的,而且做的好坏直接影响产品的成本,影响产品在市场上的竞争力。对于工业控制以及汽车类电子,DFT更加成为不可或缺的部分,这类产品对DPPM(DefectParts Per Million)要求非常严格,汽车类电子甚至要求0 DPPM,对DFT设计的挑战非常高。

驴:您应该算国内第一代DFT工程师吧?国内从什么时候开始关注DFT这一块的?

老K:不能这么说,只能说我入行比你早一些,老了。

中国的芯片设计行业起步比较晚,应该是上世纪九十年代末才开始发展。1999年,国家出台了18号文件,给予芯片相关企业若干优惠政策来鼓励芯片设计的发展,在20世纪头十年中,大量的台企以及外企的进入,使得社会上集成电路企业才开始多起来,才开始有专职的工程师从事DFT设计,我很荣幸能够在行业发展的早期加入到这一行业中来。

驴:就DFT而言,就技术方面,国内跟国外有哪些差距?

老K:差距还是挺大的。国内的现状是跑跑工具,follow国外的设计,没有原创性。加之国内的公司不够重视,为了降低成本,对DFT的追求不高,DFT做的不够细致。在硅谷,一个DFT工程师可以专注于DFT设计20,30年,人家有积累。技术本来就是一种要注重细节的活,只有做的多了,才能有积累,才能知道怎么做才是最优的。

驴:DFT近十年有没有大的技术突破?突破点有哪些?有哪些黑科技是我们还没见到的?

老K:DFT的发展是随着半导体工艺向深亚微米的发展而发展的。他自己的发展没有一个里程碑式的标志事件。非要说突破点的话,那就是近年来为了解决超大规模SoC的复杂度而采取的hierarchical DFT设计,采取分而治之的策略来实现DFT的设计,使得SoC设计真正实现搭积木式的设计。

要说我们没有见到的黑科技的话,应该是没有的,毕竟现在社会是一个开放式的社会,有各种各样技术论坛,技术seminar,只要你留心关注,还是能掌握前沿的技术发展脉络的。

但是有一个领域国内还没有和或者说接触的比较少,那就是汽车电子的DFT设计,由于汽车电子在安全方面的考虑,要求0 DPPM,这对DFT设计的要求异乎寻常的高。而汽车电子基本上全部掌握在国外大公司手里,国内很少有公司从事这方面的设计,导致这方面的人才比较紧缺。但是随着国家对芯片投入的加大,国内已经慢慢开始有公司从事汽车安全类芯片的设计,这方面的人才也会慢慢培养起来的。

驴:您认为未来DFT的发展方向是什么?当前DFT的瓶颈在哪里?

老K:以前DFT设计只是作为芯片众多实现环节中的一个节点,DFT工程师拿到netlist以后,在netlist上实现DFT设计并向后端工程师以及测试工程师交付DFT以后的netlist以及测试向量,随着SoC复杂性的增加以及芯片量产以后对DPPM要求的提高,DFT设计必须向两个方向拓展,其一是向前做,往前端靠,在芯片Spec阶段就尽量多的参与进来,在芯片Spec以及RTL coding阶段就要考虑怎么做DFT, 以实现对芯片面积、时序、性能的最优化,这要求DFT工程师具备较强电路设计的知识。 其二是向后做,往后靠,芯片回片以后做芯片的Silicon Debug、yield improve, 这要比往前做困难的多,因为这要求工程师不仅要具备电路方面的知识,还要懂得一些半导体工艺的知识,知道一些芯片失效原理,目前国内在这一块还比较弱,很少有企业在这一块做的比较好,我了解的一些外企,这一块都是由专门部门做的,而且一般都在国外。我觉得国内的工程师可以在这一块多下点功夫。

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DFT技能漫谈

驴:就方法学而言,DFT最关键的是什么?

老K:成熟而稳定的flow。由于DFT是为了检测manufacture defect而设计的电路,与电路的具体功能无关,它还是属于设计实现当中的一个环节,具有很好的结构化特征,在time-to-market的驱动下,要求一个SoC项目,一旦Spec确定下来,要尽快完成T/O,这就都需要一个成熟稳定的flow来保证。芯片的规模越大、复杂度越高就越需要一个成熟的flow来保证设计的收敛。

驴:从全局来看,DFT工程师在整个实现流程中充当什么样的⻆色?

老K:芯片设计是一个极其复杂的过程,从产品定义到量产发货每一个环节都至关重要、每一个环节的失误都可能造成芯片的失败。**实现了芯片的功能指标,只是完成了芯片设计的最基本的部分,离芯片的规模化应用还有很大的距离。Foundry厂生产出来的芯片良率有多少?怎么筛选坏片?筛选坏片的成本多大?怎么评估芯片的使用寿命等等都需要DFT来完成,一个好的DFT设计对于保证DPPM,降低芯片产品成本,增加产品的竞争力,保证芯片成功规模化量产都至关重要。业界有很多例子,产品的功能指标都没有问题,但是因为DPPM太高没有办法发货,或者测试时间太长导致测试成本太高而失去竞争力,最终拖垮公司。

驴:DFT工程师需要具备哪些技能?

老K:由于DFT工程师要参与到整个SoC开发的流程中,涵盖的面比较广,需要掌握的知识技能也比较多,除了DFT领域相关的概念、方法学跟实现方法之外,还需要掌握:

  • Verilog RTL coding:DFT工程师要有RTL coding的能力,要熟悉电路设计,这是从事芯片设计的基本功,不用多说。
  • Syn、STA:从事DFT工作还要具有timing 的概念。要会使用EDA工具进行电路综合,STA分析等。
  • 会使用TCL/PERL/python等编写procedure实现flow的自动化。
  • DFT工程师还要掌握ATE调试,silicon characterization. Yield improve, silicon debug等方面的知识。

DFT工程师需要的知识面比较广,也比较杂,有很多方面都需要点点滴滴的积累起来的,所以经验对DFT工程师来说比较重要,特别是Silicon Debug方面,一旦芯片回来有问题,定位问题基本就靠猜,但是怎么猜,往哪方面猜,这靠的就是经验了,没有大量的silicon debug的经验基本就是干瞪眼。

驴:在人才储备方面,国内DFT人才状况如何?

老K:由于DFT是实用性比较强的专业,高校里面专门针对DFT的培养比较少,而且以前企业对DFT的重视程度不够,导致现在DFT方面的人才比较紧缺,随着半导体先进工艺的发展和SoC复杂度的增加,DFT变的越来越重要,需求量也越来越大,导致社会上DFT人才紧缺,特别是稍微有点经验的,有能力独立建flow以及silicon debug的人才,相当紧缺

驴:除了C、S、M三家EDA巨头,目前还有哪些可以提供dft解决方案的EDA公司?

老K:EDA行业是一个高度集中的行业,而且EDA公司动不动就搞total solution,导致这三家公司垄断了EDA行业。其他公司只能针对芯片设计的某些节点做一些点工具,而且一言不合就被这三家买了。就DFT领域而言,除了这三家,SynTest可以提供整个DFT的solution,Hoy可以提供MBIST的solution。但是他们也只能夹缝中生存。

驴:您认为国内做本土的DFT工具的可能性有多大?

老K:可能性也不是没有,但是需要持续的投入,而且需要有客户使用才行。 EDA作为辅助设计的工具,本身就非常复杂,要在不断的使用过程中来完善。像M,S,C这么大的公司,他们的EDA产品全世界那么多人在用,依然还是有各种各样的bug,而且他们每年都会有大的版本更新,都有算法方面的更新改进,以跟上工艺的改进并应对更复杂的电路。**由于EDA行业基本被那三家垄断,他们也还通过各种手段打击后来者,这使得其他人很难进入到这个行业来,加上以前国内不大注重软件的知识产权,盗版用的比较多,这使得国内很少有人愿意加入到EDA这个行业来,近几年只看到了华大九天在从事EDA的研发,但也只是开发一些点工具而已,没有能力开发整个工具链。具体到DFT工具的开发,至少现在没有看到有人在从事相关的研发。在国家大力提倡国产化的背景下,一些高校、研究所、大公司能够在这方面做些投入。

驴:从方法学上看,DFT是不是跟其他实现环节一样,已经趋同?只是落到不同的工具上有操作上的差异而已?

老K:还是有点不一样, DFT设计不仅仅是EDA工具的使用,在复杂SoC设计中, 从产品Spec已经开始就要考虑DFT的设计, EDA工具的使用只是把设计思想实现成具体的电路而已,针对不同类型的产品,DFT的设计思想也不同,实现的方法也不同。针对不同产品的应该有相应的适合的DFT flow,使用什么样的工具从来都不重要,在工具使用过程中有问题可以找EDA厂家support,一般EDA公司都有强大的support团队。当然你得用正版工具,在这里也提倡大家抵制盗版,这样才能促进行业的良性发展。

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个人职业闲侃

驴:你的理想职业或理想工作状态是什么?

老K:理想的职业就是做一名芯片设计工程师,能够在芯片设计领域里面小有成就。能够像硅谷的工程师一样专心技术,而且可以一直做下去,并能够有所回报,至少可以养家糊口。

驴:对目前的工作状态是否满意?

老K:非常满意。

驴:自工作以来有没有颠覆认知的经历?是哪些?

老K:不知道你说的是指哪方面的,从技术角度来说,技术的发展从来都是渐进式的,由量变而到质变。没有哪种技术可以让你一夜颠覆以前的认知,如果有的话,那只是民科,不是真正的科学。

驴:一直以来工作跟你的理想之间的距离?如何弥合以使内心平静?

老K:工作和理想之间永远都有距离,即使内心不平静,时间久了也就慢慢平静了。要做佛系芯片工程师,做着做着说不定也就成佛了。

驴:对职场新人有哪些建议?

老K:借用你一句话:任何技术,只要做到top3,都可以成为专家。可能有很多时候你觉得你是在做重复性的体力活,不要急躁,一款芯片的成功本来就是建立在大量点点滴滴的繁琐的工作之上的。沉下心来,借着国家大力发展集成电路的东风,只要你付出,总是有回报的。

作者:陌上风骑驴
来源:https://mp.weixin.qq.com/s/6srcpJ-wMkQZGjqImUlYHw
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