Dans le domaine des semi-conducteurs, les nouvelles tendances sont synonymes de nouveaux défis mais aussi de solutions innovantes. Les SoC de nouvelle génération sont conçus pour des systèmes électroniques qui nécessitent des niveaux plus élevés de fiabilité, de sûreté, de performance et de sécurité.
Dans le domaine des semi-conducteurs, les nouvelles tendances sont synonymes de nouveaux défis mais aussi de solutions innovantes. Les SoC de nouvelle génération sont conçus pour des systèmes électroniques qui nécessitent des niveaux plus élevés de fiabilité, de sûreté, de performance et de sécurité. Le cycle de vie des produits finaux a déjà été géré à l’aide du PLM ( product lifecycle management ), une discipline dont Siemens a été le pionnier et qui permet de suivre et gérer l’ensemble du cycle de vie d’un produit, de sa conception à son élimination finale en passant par sa fabrication, son déploiement et son entretien sur le terrain. Les circuits intégrés (CI) qui permettent à ces produits électroniques de fonctionner bénéficient désormais du même niveau de suivi. Cette approche est connue sous le nom de gestion du cycle de vie du silicium (figure 1).
Figure 1 : Les solutions de gestion du cycle de vie du silicium englobent le cycle complet qui s’étend de la conception à la réalisation et à l’utilisation, en incluant le débogage, les tests, la gestion du rendement, la sûreté et la sécurité, ainsi que l’optimisation sur le terrain.
Pourquoi gérer le cycle de vie du silicium ?
Dans le secteur des semi-conducteurs, les progrès reposent sur la mise en œuvre de technologies toujours plus fines, de conceptions et de systèmes plus complexes .
Pour pouvoir rester compétitif – aujourd’hui comme demain – sur le marché des semi-conducteurs, il faut surmonter des défis qui couvrent l’ensemble du cycle de vie des CI, de la conception à la fabrication et à l’usage. Les solutions de gestion du cycle de vie du silicium (SLS), qui offrent une visibilité sans précédent sur la vie des puces silicium, sont un excellent moyen d’y parvenir.
Mais à quoi ressemble une SLS ? Une plateforme SLS collecte des données à partir de la puce et des processus impliqués dans sa production. Elle traite des volumes de données potentiellement énormes et fournit des informations exploitables au moment et à l’endroit où elles sont nécessaires. La SLS met en place une approche holistique qui permet aux fondeurs d’améliorer leurs processus. Par exemple, les techniques avancées de conception en vue des tests (DFT, design for testing ) améliorent la qualité des CI et l’efficience des tests et permettent d’utiliser l’analyse de rendement basée sur le diagnostic (DDYA, diagnosis-driven yield analysis ). Mais la SLS va plus loin, en utilisant le matériel intégré à la puce et la logique DFT pour surveiller et évaluer le comportement du CI et recueillir les données qui alimenteront la boucle d’optimisation reliant la fabrication au terrain.
Les moniteurs fonctionnels intégrés sont un autre élément-clé d’une SLS. Ils collectent les données pertinentes sous une forme gérable, puis formulent et mettent en œuvre une réponse locale lorsque c’est nécessaire. Par exemple, les semi-conducteurs utilisés dans la nouvelle génération de dispositifs de sécurité vitaux déployés dans les voitures doivent garantir la fiabilité, la sécurité et la protection contre les cyberattaques. La SLS permet de surveiller et d’évaluer un SoC automobile tout au long de sa période d’utilisation.
Éléments de base de la gestion du cycle de vie du silicium
La SLS couvre la chaîne de valeur traditionnelle des semi-conducteurs : conception, fabrication, test et mise en service. Elle prend aussi en charge une grande partie de la phase de déploiement des dispositifs électroniques, en fournissant des informations qui facilitent leur intégration par les clients et la mise en service des produits finaux, en permettant une surveillance continue sur le terrain aux fins de maintenance préventive, et en garantissant que les dispositifs restent performants après les mises à niveau effectuées sur le terrain. Elle transmet les informations du fabricant de dispositifs aux clients intégrateurs et aux utilisateurs finaux et réinjecte dans le processus de conception et de production des semi-conducteurs les informations collectées sur le terrain.
Pour que vous puissiez bénéficier des avantages qu’offre une SLS, deux conditions essentielles doivent être remplies :
- L’architecte du CI doit intégrer dans celui-ci des dispositifs qui collecteront des données relatives à la puce et qui faciliteront le reste du processus.
- La SLS doit être reconnue comme étant un paradigme multi-acteurs qui réunit les fournisseurs de propriété intellectuelle liée aux semi-conducteurs, les développeurs de puces, les sites de fabrication (souvent externes à la société qui développe le dispositif électronique), les intégrateurs, les sociétés de services et les fournisseurs de bases de données et d’outils d’analyse.
Situées au début du processus, les sources de données intégrées à la puce comprennent la logique DFT, les moniteurs paramétriques et les moniteurs fonctionnels. Les capteurs, les moniteurs et la logique DFT peuvent produire des quantités de données énormes, capables de submerger les meilleurs outils d’analyse. Une infrastructure de surveillance haut de gamme tient compte de ce risque en utilisant des moniteurs configurables au moment de l’exécution afin de ne collecter que les données pertinentes, en intégrant une technologie de compression des données et en disposant d’une connectivité externe rapide pour transférer les données hors de la puce.
À titre d’exemple de plateforme SLS complète, la figure 2 illustre le portefeuille d’outils de Siemens Digital Industries Software (Siemens EDA) qui couvre l’ensemble de la chaîne de valeur des semi-conducteurs.
Figure 2 : Présentation conceptuelle générale de la plateforme SLS de Tessent.
Cette plateforme comporte quatre couches distinctes :
Évaluer, surveiller et gérer. Cette couche comprend les capteurs et les moniteurs qui constituent la base de la plateforme SLS ; elle recueille des données sur le système, qui peuvent être utilisées à différentes étapes du cycle de vie. Elle comprend la logique DFT qui identifie les défauts structurels et les dégradations, ainsi que les moniteurs fonctionnels (analyse embarquée) qui surveillent les interactions entre les différents sous-systèmes de la puce silicium et entre la puce et le logiciel embarqué. Ces moniteurs permettent aux concepteurs de surveiller, comprendre et contrôler intelligemment l’activité de toutes les structures présentes sur la puce, y compris la logique personnalisée, les interconnexions et les cœurs de processeur. Ils offrent une visibilité totale du SoC, assurent un filtrage intelligent des données et fonctionnent en temps réel à la vitesse d’un réseau filaire.
Analyse rapide. Cette couche constitue un moteur de décision intégré à faible latence qui détecte, comprend et répond à une menace en un minimum de temps. Pour certaines applications finales, un temps de réaction très court est crucial, notamment en cas de problème de sécurité, de sûreté ou de confidentialité, comme dans les transports ou les centres de données. Par exemple, dans les applications de conduite autonome utilisées dans l’industrie automobile, le système pourrait détecter les pixels bloqués dans le flux de la caméra et laisser l’unité centrale principale décider de ce qu’il convient de faire.
Couche de base de données. La troisième couche comprend des applications qui, à différentes étapes du cycle de vie, rassemblent et stockent la grande quantité de données générées par la PI de surveillance intégrée à la puce. Il s’agit inévitablement de données provenant de plusieurs sources et fournisseurs, générées pendant la conception, la fabrication, la période d’utilisation et au terme de celle-ci. C’est pourquoi les API ouvertes, les partenariats, les capacités de fédération et la collaboration avec les organismes de normalisation appropriés sont des facteurs-clés de réussite.
Couche application. Il est possible de créer ou d’améliorer une multitude d’applications en utilisant les données provenant de systèmes silicium. Par exemple, on peut développer des applications de diagnostic des défaillances et d’analyse des causes premières, de test, de débogage et de caractérisation des produits silicium, mais aussi de débogage des systèmes par émulation ou lors de leur mise en service réelle.
En résumé, une plateforme SLS comprend un système de surveillance fonctionnelle, structurelle et paramétrique ainsi que du matériel et des logiciels d’analyse (intégrés à la puce et dans le cloud ), et favorise par nature les interfaces ouvertes, les partenariats, les capacités de fédération et les efforts de normalisation pertinents. Elle répond à un nouveau besoin urgent, celui d’appliquer les principes du PLM (gestion du cycle de vie des produits) à la chaîne de valeur des semi-conducteurs. L’unification de l’écosystème de gestion du cycle de vie du silicium sera à l’origine d’une nouvelle phase de croissance et de développement dans le secteur des semi-conducteurs, et permettra à cette industrie de rester au cœur de l’innovation pour la prochaine génération de produits et de technologies.
Aileen Ryan, Directrice principale de la stratégie pour Tessent Silicon Lifecycle Solutions, Siemens EDA
