一种面向超大规模集成电路量产测试的测试向量分发系统及方法与流程

本发明涉及半导体制造自动测试设备（automatic test equipment，ate），具体涉及一种面向超大规模集成电路量产测试的测试向量分发系统及方法。

背景技术：

1、随着人工智能和高性能计算的飞速发展，大算力芯片（例如图形处理器（graphicsprocessing units，gpu）、张量处理器（tensor processing unit，tpu）等）的晶体管规模和引脚数量急剧增加，其制造缺陷筛查所需的扫描测试（scan test）向量数据量呈现指数级爆炸，单颗芯片的测试图形文件（pattern）往往高达数百gb甚至数tb。

2、现有的高端自动测试设备（automatic test equipment，ate）主要存在以下技术瓶颈：

3、（1）传统ate采用预加载模式，要求在靠近被测芯片（device under test，dut）的每一张引脚电子（pin electronics，pe）板卡上布设数十gb的专属高速双倍速率（doubledata rate，ddr）同步动态随机存储器内存。在极高密度的测试头空间内，海量ddr不仅带来极高的物料清单（bill of material，bom）成本，更引发了严重的电路板布线拥堵和热耗散灾难。

4、（2）若为了降低成本而移除pe板卡上的ddr等大容量缓存，改用小容量缓存进行流式接收，系统必须具备极强的流量控制能力。然而，无论是pcie还是以太网，其标准的带内流控（例如pcie pause tlp，以太网pfc/ecn）都受制于复杂的交换机内部排队逻辑和协议栈解析。在网络高负载时，微秒级的拥塞排队会导致pe板卡的缓存瞬间“下溢”断流或“上溢”覆盖，造成测试完全失败。

5、（3）目前最前沿的ate设计尝试利用高速串行计算机扩展总线标准（peripheralcomponent interconnect express，pcie） gen4/gen5交换机进行流式下发，但pcie物理层天生设计为板级短距离互连。当需要向64张甚至更多pe板卡进行扇出时，pcie铜缆的传输距离受限（通常小于1米），导致巨大的上位机服务器必须与敏感的测试头紧密物理绑定，产生严重的机械干涉、电磁干扰和机房布局困难。

技术实现思路

1、本发明提供了一种面向超大规模集成电路量产测试的测试向量分发系统及方法，以解决超大规模集成电路量产测试缓存需求大、布局困难的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种面向超大规模集成电路量产测试的测试向量分发系统，系统包括：上位机、网络交换互联节点、测试板卡阵列、时钟同步模块，其中，

3、上位机，其内部配置大容量内存、带外控式流控卡、至少一块以太网接口卡，大容量内存用于存储测试向量数据；带外控式流控卡与测试板卡阵列连接，用于根据带外流控指令控制测试向量数据通过以太网接口卡进行分发；

4、网络交换互联节点，其上行端口连接以太网接口卡，其下行端口通过光纤链路连接测试板卡阵列，用于将测试向量数据传输至测试板卡阵列；

5、测试板卡阵列，其用于外接被测芯片，基于测试向量数据，以流式回放模式驱动被测芯片；

6、时钟同步模块，其分别与带外控式流控卡、测试板卡阵列连接，用于对齐测试向量数据的测试动作。

7、本发明提供的面向超大规模集成电路量产测试的测试向量分发系统，通过光纤链路传输，摆脱传统pcie传输距离限制，上位机和测试板卡阵列可以物理远距离隔离，减少电磁干扰、机械干涉，机房布局灵活；测试板卡采用低缓存架构，降低板卡bom成本，减少散热压力、pcb布线难度，可实现tb级超大测试向量的无限深度流式回放；带外控式流控卡采用独立硬件链路完成流控，不占用数据传输通道，避免传统带内流控交换机排队带来的延迟，防止缓存溢出、下溢断流，提升低缓存架构下测试稳定性；时钟同步模块提供全局同步触发，保证多张测试板卡驱动被测芯片时测试动作高精度对齐，满足超大规模集成电路ate测试时序指标；带宽与测试板卡数量可线性扩展，适配gpu、人工智能（artificialintelligence，ai）芯片、高端片上系统（system on chip、soc）等多引脚大规模量产测试场景。

8、在一种可选的实施方式中，网络交换互联节点的通信协议采用远程直接内存访问协议，用于将测试向量数据分发至测试板卡阵列。

9、本发明提供的面向超大规模集成电路量产测试的测试向量分发系统，采用远程直接内存访问（‌remote direct memory access，rdma）协议进行数据分发，使测试向量绕过中央处理器（central processing unit‌，cpu）协议栈实现零拷贝传输，降低上位机cpu开销；数据经网络交换互联节点直达测试板卡，传输时延低、吞吐能力强，适配超大向量流式下发，配合低缓存板卡架构，保障数据高效流转，提升超大规模集成电路测试的整体传输性能。

10、在一种可选的实施方式中，测试板卡阵列包括：多个引脚电子板卡及与引脚电子板卡对应的小容量缓存，小容量缓存用于缓存分发给对应引脚电子板卡的测试向量数据。

11、在一种可选的实施方式中，小容量缓存为乒乓缓存池。

12、本发明提供的面向超大规模集成电路量产测试的测试向量分发系统，为引脚电子板卡配置对应的小容量缓存，无需部署大容量ddr存储，降低板卡物料成本与散热、布线压力，借助乒乓缓存交替完成数据接收与回放输出，适配测试向量流式分发模式，仅需较小缓存空间即可保障数据连续输出，避免测试断流，满足超大规模集成电路的测试需求。

13、在一种可选的实施方式中，系统被划分为独立的三平面，包括：以太网数据平面、带外控制平面、时钟同步平面，其中，

14、以太网数据平面，用于基于带外流控指令将测试向量数据从上位机的大容量内存分发至测试板卡阵列的小容量缓存；

15、带外控制平面，用于获取测试板卡阵列中各小容量缓存的缓存水位，并根据缓存水位生成带外流控指令，并发送给上位机；

16、时钟同步平面，用于根据各小容量缓存的缓存水位生成全局同步信号，全局同步信号用于同步触发测试向量数据的测试动作。

17、本发明提供的面向超大规模集成电路量产测试的测试向量分发系统，通过物理相互独立的三平面分工协作，数据平面负责高吞吐下发测试向量；带外控制平面依据缓存水位生成流控指令，快速调控数据流，避免缓存溢出或断流；时钟同步平面输出全局同步信号统一触发测试动作，消除网络传输抖动带来的时序偏差，在小容量缓存条件下兼顾传输带宽、流控可靠性与多板卡测试时序精度，适配超大规模集成电路量产测试。

18、第二方面，本发明提供了一种面向超大规模集成电路量产测试的测试向量分发方法，方法应用于第一方面中任一项的一种面向超大规模集成电路量产测试的测试向量分发系统，方法包括：

19、响应于测试请求，上位机通过以太网接口卡发出测试向量数据，测试向量数据经过网络交换互联节点分发至测试板卡阵列的小容量缓存，作为缓存数据；

20、获取各小容量缓存的缓存水位，若全部小容量缓存的缓存水位均达到预设就绪水位，则生成就绪信号；

21、基于就绪信号生成全局同步信号，并利用全局同步信号触发全部小容量缓存释放缓存数据，缓存数据作用于被测芯片。

22、本发明提供的面向超大规模集成电路量产测试的测试向量分发方法，依托三平面分离的测试向量分发系统，先将测试向量流式下发至测试板卡阵列的小容量缓存，通过监测各小容量缓存的缓存水位，待全部缓存达到预设就绪水位后生成就绪信号，再输出全局同步信号统一触发缓存数据释放并驱动被测芯片，规避以太网传输到达时序不确定的问题，保障所有测试板卡测试动作同步对齐；配合小容量缓存流式加载模式，无需本地预存全部测试向量，降低硬件成本，适配超大深度测试向量，有效提升超大规模集成电路量产测试的时序可靠性与测试效率。

23、在一种可选的实施方式中，实时获取各小容量缓存的缓存水位，若缓存水位低于预设水位下限，则拉高上位机中的低压差分信号引脚，加快上位机发送测试向量数据。

24、在一种可选的实施方式中，实时获取各小容量缓存的缓存水位，若缓存水位高于预设水位上限，则拉低上位机中的低压差分信号引脚，减慢上位机发送测试向量数据。

25、本发明提供的面向超大规模集成电路量产测试的测试向量分发方法，实时监测小容量缓存的缓存水位，通过改变低压差分信号引脚的物理电平实现带外流控，缓存水位低于水位下限则拉高引脚以加速数据发送，缓存水位高于水位上限则拉低引脚以减缓数据发送；借助独立硬件电平信号传递流控指令，无需经过以太网协议报文转发，大幅缩短流控响应时延，能够动态维持缓存水位处于合理区间，避免出现缓存下溢断流或上溢数据覆盖的问题，在板卡仅配置小容量缓存的流式测试场景下，保障测试向量数据持续稳定供给，提升超大规模集成电路量产测试的稳定性与可靠性。

26、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的方法。

27、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的方法。