車用電子系統隨著在節能、智慧安全,以及便利舒適等需求的驅動下,市場規模將逐漸提升;因車輛智慧化、電動化,使得車上裝置電子化程度日益提高,車用電子在一輛汽車中所佔的比重愈來愈高。根據市場研究公司IC Insights預測,隨著技術進步不斷增加車內的電子元件用量,預計在2021年以前,車用電子系統將持續成為六大主要半導體終端市場中成長最強勁的應用。IC Insights指出,從2017~2021年,車用電子系統銷售將以12.5%的年複合成長率(CAGR)成長,成長幅度超過其他的主要電子系統類別。

20190327TA71P1 圖1 2017~2021年車用電子系統銷售複合成長率達12.5%。

根據調研機構Frost & Sullivan於2016年針對全球CEO調查未來車輛商業模式,發現「安全」為未來車輛主要關注和投入的項目,各家車廠也不斷推出主/被動式安全輔助系統以因應多變的路況。為能確保車輛行駛時的環境分析,並提供預警或修正功能,先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems;ADAS)為重要的基石之一,該技術是利用多個感測器相互連結,來判讀行車時的周遭環境、車輛、行人及動物等資訊,並主動提供給駕駛者適時協助。

為了迅速處理大量的資訊,記憶體所佔相對於晶片面積的比重也將日益增加,Semico Research指出,在系統單晶片(System on Chip;SoC)中,記憶體的面積所佔比例從1999年的20%,預估到了2020年,將成長到佔比88%左右。記憶體比例增加,首先需要面對的就是記憶體出錯的機會也會相對的增加,除了需要有機制能夠找出記憶體的錯誤,更需要進一步能夠進行記憶體的修復,以保證晶片能夠正常的運作。這在運作環境嚴苛的車用電子系統中,尤為重要。

ISO 26262《道路車輛功能安全》國際標準是針對總重不超過3.5噸8人座乘用車,以安全相關電子電氣系統的特點所制定的功能安全(Functional safety)標準,其中也規範了安全機制(safety mechanism),用於檢測和減輕/容忍/控制/避免故障以維持預期的功能或達到/維持安全狀態。而記憶體的失效,將造成資料判斷錯誤,也是造成車輛不安全的重要因素。

因此,芯測科技(iSTART-Tek)特別開發「記憶體測試與修復的整合性開發環境(SRAM Built-in Testing And Repairing Technology;START)」,透過可配置性設定,協助使用者經過簡單的設定,即可快速的產生記憶體測試與修復電路。「記憶體測試與修復的整合性開發環境」產生的記憶體修復電路,以硬體共享的方式,減少產生的測試電路面積,大幅降低測試成本並提升晶片良率,增加產品競爭力。

步驟簡單的Soft-Repair建立流程

1.1使用BIST(Built-In Self Test)Feature List(BFL)設定檔進行Soft-Repair建立流程

1.1.1 BIST的一般選項

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1.1.2 BISR(Build-in Self Repair)相關設定

20190327TA71P3

1.2設定BIST/BISR相關選項

BFL是純文字設定檔,可以使用GUI模式進行設定,也可以使用文字編輯器直接修改內容。

1.2.1使用GUI模式設定BFL

GUI模式除少部分須手動填入資料外,多數的選項皆可使用點選的方式進行設定,並內建參數的說明,以及防止錯誤設定的參數檢查機制。使用下列的命令即可啟動GUI模式:

unix% brains –bflconfig

20190327TA71P4 圖2 GUI設定模式。

20190327TA71P5 圖3 參數內容說明。

20190327TA71P6 圖4 參數設定錯誤時的訊息。

1.2.1.1在REPAIR設定頁,勾選repair mode,填入repair prefix並勾選soft repair即完成Soft-Repair設定,如圖5 Soft-Repair所示,其他設定請參考1.1.1說明。

20190327TA71P7 圖5 Soft-Repair設定。

BFL設定完成後,簡單的點選即可開始執行START,如圖6所示,此步驟相當於執行指令:

unix% brains -bfl [xxx].bfl

20190327TA71P8 圖6 執行START。

1.2.2使用文字模式設定BFL

1.2.2.1建立BFL模板

unix% brains –tempgen

20190327TA71P9 圖7 文字設定模式。

選擇1. BIST Feature List (BFL)即可產生BFL範例檔案。

1.2.2.2在BFL中設定一般選項

相關設定請參考1.1.1說明

1.2.2.3在BFL中設定Repair相關選項

20190327TA71P10

1.2.2.4透過BFL設定執行START

unix% brains -bfl [xxx].bfl

1.3建立BIST/BISR電路

START將進行以下步驟:

•Auto memory identify

•Auto clock tracing

•Auto grouping

•Auto insertion

START執行完後,使用者可以在工作目錄下取得START產出的檔案。

•BIST/BISR circuits

•Testbench

•Original design with BIST/ BISR inserted

•Makefile scripts (for simulation/synthesis/formal checking)

使用Soft-Repair的優勢

1.高度自動化的BIST/BISR建立流程;

2.靈活的設定與易於使用的GUI設定環境;

3.最佳化的硬體共享架構,節省測試與修復電路面積;

4.有效降低設計成本;

5.提高晶片的品質和穩定性;

6.提高產品壽命;

7.無需額外的eFuse或是OTP及其控制電路,節省電路面積與晶片成本;

8.每次啟動皆會進行測試與修復,讓晶片維持在最佳狀態。

易於使用的Soft-Repair

使用Soft-Repair無需額外設定或操作,晶片在啟動後即會由BIST電路進行記憶體測試,其功能區塊如圖 8所示,測試完成後,若偵測到記憶體錯誤,則由BISR根據測試結果進行修復,之後就直接進入晶片正常的功能運作。

20190327TA71P11 圖8 Soft-Repair功能區塊圖。

由於每次啟動都會自動檢測記憶體並修復,無形中延長了晶片的使用壽命。即使製程的良率下降,也可以因為使用了Soft-Repair的機制而自動修復成能正常工作的狀態,降低晶片量產的成本。

總結

ISO 26262以安全相關電子電氣系統的特點所制定的功能安全標準,制定了線上檢測的規範,包含診斷測試時間間隔(diagnostic test time interval),或是從檢測到故障到達安全狀態或到達緊急操作的時間(fault reaction time interval)等等,都是為了讓系統能盡快恢復運作。START的Soft-Repair適合檢測新的記憶體錯誤並進行修復,讓晶片立即恢復正常的功能。