在半導體晶體管尺寸不斷縮小、芯片功能日益復雜的趨勢下，測試已成為產品落地生產前的關鍵一環。而伴隨著更嚴格的可接受質量水平（AQL）認證推出，測試的方法也在不斷推陳出新。其中，系統級測試（簡稱SLT）就是其中一種重要方法。

事實上，現在備受工程師關注的、能夠解決很多測試問題的系統級測試并不是現在才出現的技術，至少在計算領域，它從90年代末就開始在使用。如今，隨著芯片所集成的晶體管數量呈指數級增長，芯片的復雜程度也日漸提升。在這種情況下，更多IC制造廠商采用SLT來提升芯片系統的良品率與質量水平。

系統級測試有什么獨到之處？

什么是SLT，它為什么與眾不同？能夠解決什么問題？

SLT亦稱為功能測試，是在模擬終端使用場景中對待測芯片（DUT）進行測試的一種方法，通過運行操作系統和使用待測芯片執行通用或目標應用測試，無需像傳統自動測試設備（ATE）那樣創建測試向量。SLT仍需要編寫測試，但編寫方式不同。

那么，SLT有哪些獨到之處和優勢呢？

過去20年中，整個SLT市場有相當大的增長。手機和平板電腦中移動處理器的復雜性、關鍵性任務的增加，以及產品上市時間競爭都是推動其增長的主要原因。

SLT之所以使用日漸普遍，是因為芯片行業的許多趨勢正在推動其普及。

首先是質量要求日益提高，過去10年，人們更加依賴手機等電子設備，芯片的高質量要求促使制造商對其芯片和系統進行全面測試，以減少終端用戶購買產品后遇到問題的可能性。為此，移動領域的SLT正在進入快速增長模式。

汽車領域的趨勢尤為明顯，在輔助自動駕駛汽車中，利用電子設備或軟件感知事件，并通過自動轉向或制動對事件做出反應。ADAS（高級駕駛輔助系統）的關鍵任務要求更高的標準，這意味著在應用中運行的超高功率器件、混合信號器件性能、平臺效率和熱穩定性至關重要。

從市場競爭角度來看，芯片供應商不斷將技術推向極限，以提高性能、電池續航和良率，這意味著他們需要做好以下事情：

盡早交付新工藝節點的產品，盡管工藝缺陷率可能比較高。

盡可能以低電壓運行，以延長電池續航時間。

微調PLL設置使良率最大化。

采用更前沿的封裝技術來提高晶體管密度和性能。

另外，在汽車的信息娛樂部分，汽車公司比以往任何時候都更接近技術的前沿，采用尖端技術實現更高的穩定性將有助于縮短汽車信息娛樂產品的上市時間。

未來，SLT的下一個增長領域是大數據處理和邊緣/云AI（人工智能）應用，它將有可能超過計算領域。

鑒于上述需求，必須通過大量測試來確保成品中使用的是優質元器件。隨著技術不斷推向極限，使用SLT有助于防止故障漏檢，確保元器件達到所需的高質量水平。此外，在提高產品質量的同時，在盡可能靠近終端應用的地方運行設備，也有助于縮短產品上市時間。

傳統測試覆蓋率變得更具有挑戰性

IC制造商正在將更多的功能壓縮到給定芯片中，既有自研，又有第三方設計。以移動處理器為例，早期幾乎沒有很多功能，只支持通話。今天，其功能已涵蓋圖形、圖像處理、高級安全等;過去的通信是數字處理，現在采用語音和生物特征數據處理，甚至包含專用神經網絡等AI算法處理，AP需要與高速內存集成。

除了移動設備，處理器還可以做很多重要的事情，如健康功能、記錄和存儲、連接和控制、與汽車周圍的傳感器通信、確保安全、通過機器學習人工智能簡化人們的生活。與這些功能塊交互相關的故障可能特別難以捕捉，尤其是當其中的測試接口使用不同語言時。

所有這些新功能被壓縮到一個AP中，也使晶體管數量持續增長，并超越了摩爾定律。不過，隨著行業持續創新，人們預測的摩爾定律的極限似乎還沒有到來。

當然，測試挑戰不僅僅是功能，當我們將成倍增長的晶體管擠進IC時，有時需要做出權衡，可能導致開始侵蝕通過傳統方法實現的測試覆蓋率。過去幾年的實踐證明，隨著晶體管數量的增加，測試量正在大幅增長。而讓ATE以與晶體管數相同的指數速度增長是很難實現的。

因此，隨著復雜性的增加，出現缺陷的幾率更高，需要更多的測試，以避免缺陷率不斷增加。SLT可以幫助我們解決這些問題。

如何運行SLT？

SLT是以與最終用途緊密匹配的方式對產品進行的功能測試，其“系統”部分在定制的系統級測試板上實現。

SLT的測試流程包括：

第一是執行特定操作，運行一些系統中固有的器件通用功能和目標應用程序（如啟動芯片或加載操作系統），或運行某些模塊編寫的特定程序（如性能評估程序），并驗證是否都能按預期工作。使用的“系統級測試板” 類似于提供給客戶的“參考設計”或評估板。

第二是判斷該操作是否成功，依據測試的結果或該操作的成功/失敗進行衡量。例如，在驗證某個內部進程是否成功執行時，可以用操作系統能否成功啟動，或是檢查某個測量值（性能測試結果與閥值的比較）作為判斷的依據。

大多數情況下，SLT中的系統都配備一些板載處理器來執行測試流程。由于片上系統（SoC）和系統級封裝（SiP）芯片是SLT的主要測試對象，因此測試用處理器通常就是待測芯片的一部分。如果不是此種情況，待測芯片的外圍測試系統通常要配備一個合適的處理器。

被測器件周圍的SLTB電路可以根據需求的變化而變化;還可以快速、輕松地在屏幕上顯示最終客戶報告的故障逃逸。而要在ATE上實現這一點，必須進行大量的故障分析，將功能故障追溯到晶體管級別，以查看是否有能力捕獲它。另一方面，SLT可以采用激發故障的確切用例，并快速將此功能測試添加到SLT測試中，幾乎可以立即停止滲流（bleeding），同時返回并挖掘出故障逃逸的根本原因。

不過，由于SLT是模擬真實終端使用場景的功能測試，而不是ATE中的結構測試，SLT的測試時間通常比傳統ATE長得多。因此，并行測試效率的概念對于保持SLT的成本效益變得更加重要。ATE測試時間以10秒為單位，SLT則以分鐘或10分鐘為單位。可以想象，要想達到最高效率，就需要在每個系統中增加一個數量級的并測工位。

由于測試時間較長，與傳統ATE測試相比，SLT測試設備具有更高的工位密度和更低的工位成本。

歸根結底還是成本

為什么SLT是一個好的解決方案，歸根結底是成本。在SLT總體測試策略中，人們總是希望盡早捕獲，以避免下游的工藝成本。ATE晶圓測試在流程早期捕獲故障方面表現出色，包括：晶體管級問題、對變化頻率/電壓級的敏感性、遵守基本設計規范等。

有些故障是在封裝過程產生的，將運行ATE終測來篩選這些問題。然而，仍然有一些故障非常微妙和復雜，以至于因為一個小的DPPM級別無法通過測試驗收流程。

對于高常規質量級別要求，ATE成本通常會隨著測試時間的延長而增加。這種增加在總體上是可控的，且在一定程度上是線性的。但在非常高的復雜度/晶體管數下，要提供相同的質量水平，ATE成本最終會達到曲線的拐點，開始呈指數增長。

這主要是因為發現這些故障需要花費大量時間，而且還需要用跟周邊器件一起測試，其中一些是在今天的ATE上完成的，包括一些級別的參數測試和功能測試。然而，在某些情況下，額外電路數量和測試的長度會導致該策略崩潰。有趣的一點是，SLT成本/測試時間并沒有隨著復雜性的增加而增加，因為它只是啟動一個正在運行的應用程序。這就是說，對于捕捉晶體管級設計參數故障，它不是一種非常經濟有效的方法。在過去50年的歷史中，ATE非常擅長捕捉這些故障。

為什么ATE中捕獲的許多故障類在SLT中會捕獲不到？這是因為，與ATE不同，SLT并沒有系統地測試每一個晶體管及其參數，而只是在器件內測試真實世界應用的一個子集，并查看功能結果。而運行每一個可以想象的應用程序來激發每一個晶體管并產生故障幾乎是不可能的。

SLT的經濟有效在于發現合理百分比的故障，這些故障是由于ATE無法測試的區域或同時刺激芯片及其外圍的多個IP模塊造成的。

單個SLT系統的成本可能與ATE系統相似，或略高于ATE系統，但并測性（一次測試的器件數量）要高得多，因此每個器件的成本可能約為ATE的1/4或以下。

因為有這么多芯片同時并行測試，所以每個芯片的SLT測試成本低于ATE。它也是一個很好的環境，可以用真實世界的芯片應用場景運行在ATE上不可能實現的測試。

在復雜度繼續呈指數增長且任務關鍵型應用數量不斷增長的情況下，將ATE和SLT策略結合起來是維持極高質量水平和最低成本的理想解決方案。

從以下幾個圖中可以看到有關成本的幾個方面：在某種程度上，ATE成本與復雜性/晶體管數呈線性關系;SLT不是捕捉“典型”ATE故障的經濟有效的方法;SLT在篩選出測試流程結束時最后幾個難以發現的故障方面非常經濟有效;因此，對于具有非常高質量需求的應用，將SLT添加到現有ATE測試流程后通常是最具成本效益的總體測試策略。

為什么是Teradyne？

需要指出的是：在部署SLT時，并不總是要孤注一擲。許多公司在是否進行SLT測試以及用SLT測試其產品的百分比方面采用了不同的理念。這是一種綜合考慮多種因素，平衡成本的行為，每個公司/應用的理念通常略有不同。

Teradyne的SLT 測試機的優勢之一是真正的并測，每個芯片完全獨立于其相鄰芯片，這是執行SLT與批處理的更有效的方法。

另外，在Teradyne的存儲測試業務部中有一個專門的技術團隊，十多年來他們成功設計制造超大規模自動化生產平臺。作為半導體測試領域的全球領導者，Teradyne將存儲自動化架構和專業知識與半導體測試知識相結合，利用其Titan平臺將差異化的SLT自動化和測試解決方案推向市場，幫助用戶解決測試方面的難題。

SLT是ATE測試設備觸達市場的補充測試步驟和擴展，Teradyne提供支持整個測試生命周期的解決方案，有助于以最優的時間實現最大的測試覆蓋率和最高的質量。

結語

SLT已存在了將近30年，主要用于尖端大型數字計算應用，它是在系統級測試板上使用專用外圍設備對芯片進行的應用場景測試，用來捕獲最后0.00xx%的故障，并實現最低可能的逃錯率。

SLT的增長源于對質量的需求不斷增加，以及關鍵任務電子應用場景的迅速增長、芯片器件的復雜性迅速增加，以及上市時間窗口的不斷縮小，特別是某些故障類別僅能在真實應用場景下顯現。

Teradyne充分利用半導體ATE業務的技術，提供SLT差異化量產異步自動化平臺，服務于廣大手機應用處理器客戶，展現了市場的領先地位，并向汽車和HPC領域不斷推進。

審核編輯 ：李倩