隨著半導(dǎo)體工藝持續(xù)演進(jìn)至納米甚至更先進(jìn)節(jié)點(diǎn)，超大規(guī)模集成電路（VLSI）的復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，晶體管數(shù)量動(dòng)輒達(dá)到數(shù)十億乃至數(shù)百億。在此背景下，芯片的可測(cè)性（Testability）已不再是設(shè)計(jì)流程的后期附加環(huán)節(jié)，而是貫穿始終的核心設(shè)計(jì)約束與關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)。2022年，可測(cè)性設(shè)計(jì)（Design for Testability, DFT）技術(shù)持續(xù)演進(jìn)，其理論與實(shí)踐緊密?chē)@提升測(cè)試質(zhì)量、控制測(cè)試成本與縮短上市周期三大目標(biāo)展開(kāi)，為復(fù)雜芯片的成功量產(chǎn)與可靠應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)保障。

一、DFT的核心挑戰(zhàn)與技術(shù)演進(jìn)方向

在先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)，DFT面臨多重挑戰(zhàn)：首先是測(cè)試數(shù)據(jù)量（Test Data Volume）與測(cè)試應(yīng)用時(shí)間（Test Application Time）的爆炸式增長(zhǎng)，直接推高了測(cè)試成本；其次是物理缺陷模型日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)的固定型故障（Stuck-at Fault）模型已不足以覆蓋全部缺陷，需要引入如轉(zhuǎn)換時(shí)延故障、小延遲缺陷、橋接故障等更精細(xì)的模型；低功耗設(shè)計(jì)、多電壓域、復(fù)雜時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)以及三維集成等技術(shù)引入的測(cè)試訪問(wèn)與隔離難題。

針對(duì)這些挑戰(zhàn)，2022年的DFT技術(shù)與實(shí)踐呈現(xiàn)出以下關(guān)鍵趨勢(shì)：

1. 掃描測(cè)試（Scan Test）的智能化與壓縮技術(shù)深化：自適應(yīng)掃描壓縮、基于AI的測(cè)試模式生成與優(yōu)化，在保證高故障覆蓋率的顯著壓縮測(cè)試向量集。
2. 內(nèi)建自測(cè)試（BIST）的廣泛應(yīng)用與升級(jí)：特別是邏輯內(nèi)建自測(cè)試（LBIST）和內(nèi)存內(nèi)建自測(cè)試（MBIST），不僅用于片上存儲(chǔ)器和邏輯核，更向模擬/混合信號(hào)電路、高速接口（如SerDes）和人工智能加速器擴(kuò)展。
3. 面向系統(tǒng)級(jí)測(cè)試與硅后驗(yàn)證：DFT架構(gòu)開(kāi)始更多考慮芯片在系統(tǒng)板級(jí)乃至最終產(chǎn)品中的測(cè)試需求，支持系統(tǒng)級(jí)測(cè)試（SLT）訪問(wèn)與調(diào)試。利用DFT基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行硅后性能監(jiān)控、老化監(jiān)測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)診斷。
4. 與設(shè)計(jì)流程的早期集成：DFT規(guī)劃與實(shí)現(xiàn)已大幅提前至架構(gòu)設(shè)計(jì)與RTL編碼階段，通過(guò)UPF（統(tǒng)一功耗格式）實(shí)現(xiàn)多電壓域測(cè)試，并利用形式驗(yàn)證工具確保DFT邏輯的功能正確性。

二、關(guān)鍵技術(shù)實(shí)踐與行業(yè)應(yīng)用

在實(shí)踐中，現(xiàn)代DFT流程通常包含以下核心步驟與技術(shù)的綜合應(yīng)用：

• 層次化DFT與測(cè)試訪問(wèn)機(jī)制（TAM）：對(duì)于包含多個(gè)IP核的SoC，采用層次化DFT策略，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口（如IEEE 1500）封裝每個(gè)IP的測(cè)試邏輯，并利用片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）或?qū)Ｓ肨AM高效調(diào)度測(cè)試數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)并行測(cè)試，縮短整體測(cè)試時(shí)間。
• 基于JTAG/IEEE 1149.1/1687（IJTAG）的靈活訪問(wèn)與控制：JTAG邊界掃描用于板級(jí)互聯(lián)測(cè)試，而更先進(jìn)的IJTAG網(wǎng)絡(luò)則成為訪問(wèn)和控制片內(nèi)各類(lèi)DFT結(jié)構(gòu)（掃描鏈、BIST控制器、傳感器等）的“神經(jīng)中樞”，極大增強(qiáng)了測(cè)試的可控性與可觀測(cè)性。
• 功耗感知測(cè)試：在測(cè)試模式下，大規(guī)模電路同時(shí)翻轉(zhuǎn)會(huì)引發(fā)遠(yuǎn)超功能模式的峰值功耗，可能導(dǎo)致電壓下降、熱量積聚甚至芯片損壞。因此，采用測(cè)試向量排序、時(shí)鐘門(mén)控、片上解壓縮器低功耗設(shè)計(jì)等技術(shù)，實(shí)施嚴(yán)格的測(cè)試功耗管理已成為必需。
• 良率學(xué)習(xí)與診斷驅(qū)動(dòng)良率提升（DDYA）：利用DFT產(chǎn)生的失效日志，結(jié)合先進(jìn)診斷軟件，可以精確定位到物理缺陷的位置和類(lèi)型，反饋至制造廠進(jìn)行工藝調(diào)優(yōu)，形成“測(cè)試-診斷-修復(fù)”的閉環(huán)，加速良率爬升。

三、未來(lái)展望

DFT技術(shù)將繼續(xù)與人工智能、云計(jì)算深度融合。AI將更深度地應(yīng)用于測(cè)試生成優(yōu)化、故障診斷預(yù)測(cè)和自適應(yīng)測(cè)試調(diào)度。云平臺(tái)則為海量測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析與協(xié)作提供了可能。面對(duì)Chiplet（芯粒）和3D IC等異構(gòu)集成技術(shù)，DFT需要發(fā)展出跨Die、跨堆疊層的協(xié)同測(cè)試策略與標(biāo)準(zhǔn)，確保封裝后系統(tǒng)的整體可測(cè)試性。

總而言之，在2022年及可預(yù)見(jiàn)的DFT已從一項(xiàng)“保險(xiǎn)”技術(shù)，演變?yōu)榇_保超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)成功、制造經(jīng)濟(jì)性與產(chǎn)品可靠性的戰(zhàn)略性賦能技術(shù)。它要求設(shè)計(jì)工程師、測(cè)試工程師和制造工程師緊密協(xié)作，在追求性能、功耗、面積（PPA）極致的將“可測(cè)性”基因深刻植入芯片設(shè)計(jì)的每一個(gè)階段。