Với sự phát triển công nghệ bán dẫn, các mạch tích hợp IC đang dần trở nên nhỏ hơn và phức tạp hơn, kèm theo hiệu năng được tối ưu hóa. Vì những sự cải tiến vượt bậc của công nghệ này, khiến cho các kỹ sư gặp khó khăn hơn bao giờ hết trong việc kiểm tra và xác minh các hoạt động của mỗi mạch. Để có thể kiếm tra kỹ lưỡng các mạch IC, các nhà nghiên cứu đã tạo ra và ứng dụng phương pháp DFT (Design for Test) vào các quy trình sản xuất IC và VLSI, giúp chỉ định và phát hiện các lỗi thiết kế sớm trước khi mạch được đi vào quy trình sản xuất, ngoài ra, DFT giúp giảm chi phí và thời gian cho kĩ sư cho việc kiểm tra phát hiện lỗi.

Giới thiệu về Design for Test (DFT)

DFT trong ngành VLSI (Very-Large-Scale Integration - Tích hợp quy mô rất lớn) được sử dụng để phát hiện lỗi và bảo đảm rằng các IC kỹ thuật số đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng khắt khe nhất. Đây là một phương pháp đảm bảo rằng thiết kế của các IC không chỉ có hiệu năng tốt mà còn dễ dàng kiểm tra trong các giai đoạn sản xuất và kiểm thử.

Tầm Quan Trọng của DFT trong Thiết Kế IC Kỹ Thuật Số

DFT đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất IC, với nhiệm vụ xác định và sửa lỗi sớm tại giai đoạn thiết kế và sản xuất. Lỗi có thể xuất hiện ở rất nhiều công đoạn, từ thiết kế đến sản xuất và kiểm tra chất lượng. Nếu các lỗi không được phát hiện và sửa chữa kịp thời sẽ gây ra hậu quả vô cùng nghiêm trọng về mặt kinh tế lẫn chiến lược đối với nhà sản xuất và chủ công nghệ. Vì vậy trong các quy trình VLSI, DFT sẽ là một bước không thể thiếu.

• Tăng Khả Năng Phát Hiện Lỗi

Mục tiêu chính của DFT là tăng cường phát hiện lỗi trong các IC. Thông qua các kĩ thuật DFT, các kĩ sư đánh giá và phát hiện lỗi trong các thiết kế của IC trước khi sản phẩm cuối được xuất xưởng. Nếu không có công đoạn này thì việc tìm và xác định lỗi sẽ vô cùng tốn kém về thời gian, công sức và tiền bạc.

• Giảm Thiểu Chi Phí Sản Xuất

Bằng cách xác định lỗi sớm, DFT tiết kiệm cho nhà thiết kế vi mạch môt lượng lớn thời gian và công việc. Khi công cụ này đã được tích hợp sẵn vào quy trình sản xuất từ đầu, các kĩ sư sẽ không cần phải bỏ ra thời gian để thực hiện các quy trình tốn kém. Thay vào đó DFT vừa có thể kiểm tra mạch IC qua mỗi bước thiết kế mà còn có thể thực hiện tìm lỗi chính xác và nhanh chóng.

• Cải Thiện Độ Tin Cậy và Chất Lượng Sản Phẩm

DFT giúp cải thiện độ tin cậy và chất lượng của IC bằng cách đảm bảo IC hoạt động đúng cách và còn xử lý các lỗi tiềm tàng. Điều này giúp tăng cường niềm tin của khách hàng đối với các sản phẩm kĩ thuật số và tăng khả năng cạnh tranh giữ các doanh nghiệp trong thị trường công nghệ cao.

Các Phương Pháp DFT Thông Dụng trong Thiết Kế IC Kỹ Thuật Số

DFT có rất nhiều kĩ thuật và phương pháp khác nhau, và mỗi phương pháp sẽ có ưu điểm và hạn chế riêng của chúng. Một số kĩ thuật DFT phổ biến sẽ được liệt kê bên dưới:

• Scan Design

Scan design là kỹ thuật phổ biến trong DFT. Phương pháp này tập trung kiểm tra các phần tử flip-flop trong mạch. Để thực hiện kĩ thuật này, đầu tiên, các flipflop sẽ được sâu thành chuỗi để tạo thành scan-chain. Tiếp theo, các phần tử flipflop sẽ được kiểm tra độc lập với nhau và theo thứ tự. Scan-chain phát huy ưu điểm trong việc xác định các lỗi phức tạp.

• Built-In Self-Test (BIST)

BIST là một phương pháp cho phép các IC tự kiểm tra mà không cần sự can thiệp của các thiết bị ngoại vi. Kĩ thuật này là cực kì quan trọng để có thể kiểm tra IC một các tự động và hiệu quả. Chúng tôi áp dụng phương pháp này nhiều trong các thiết kế IC với kích thước lớn hoặc trong các hệ thống nhúng. Có 2 phương pháp BIST thường được sử dụng là Memory Built-In Self- Test (MBIST) and Logic Built-In Self-Test (LBIST), chúng là kỹ thuật DFT được sử dụng để kiểm tra bộ nhớ trong các IC. Bộ nhớ thường là phần tử dễ gặp lỗi trong IC, và MBIST/LBIST giúp đảm bảo rằng các phần tử bộ nhớ hoạt động đúng cách. Các phường pháp này có khả năng phát hiện lỗi trong bộ nhớ, từ đó cải thiện chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm.

Thách Thức và Hạn Chế của DFT

• Tăng Diện Tích IC

Hạn chế dễ thấy nhất của DFT là sự tăng diện tích của IC khi các kỹ sư cần phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy luật của DFT. Các mạch kiểm tra bổ sung các thành phần logic cần cho DFT, khiến cho IC phức tạp hơn và chiếm thêm diện tích trên chip.

• Tăng Độ Phức Tạp của Thiết Kế

DDFT cũng tạo ra sự phức tạp trong quy trình sản xuất IC, vì để có thể đạt được yêu cầu của DFT, các kỹ sư cần phải tính toán và cân nhắc thêm rất nhiều yếu tố. Điều này đòi hỏi các kỹ sư phải có kiến thức chuyên sâu và kinh nghiệm trong sản xuất IC và các luật lệ DFT cùng với các phương pháp kiểm tra khác nhau.

• Chi Phí Thiết Kế Ban Đầu Tăng

DFT có thể làm tăng chi phí thiết kế ban đầu đối với các công ty thiết kế để có thể đầu tư vào các công cụ và kỹ thuật kiểm tra IC chuyên dụng. Dù đây là một trong các yếu tố được cân nhắc trong bài báo, điều này chỉ thật sự quan trọng với các dự án nhỏ lẻ, khi các công cụ bao gồm DFT có giá thành rất cao. Nhưng về lợi ích lâu dài, DFT vẫn là một phương pháp được ưu tiên.

Xu Hướng Phát Triển Của DFT trong IC Kỹ Thuật Số

Để theo kịp sự phát triển của ngành bán dẫn và công nghệ IC, DFT cũng cần thích ứng và phát triển song song với xu hướng. Một số xu hướng đáng chú ý như sau:

• Kiểm Tra Phức Hợp (Complex Test Architectures).
• Machine Learning trong DFT.
• DFT cho IC 3D.

Kết Luận

Design for Test (DFT) là một bước thiết yếu trong quá trình thiết kế và sản xuất các IC kỹ thuật số. DFT đảm bảo rằng các sản phẩm IC có hiệu năng tốt và dễ kiểm tra, đồng thời giúp phát hiện và khắc phục lỗi ngay từ đầu. DFT ngày càng trở nên quan trọng hơn để đảm bảo rằng các sản phẩm IC có thể đáp ứng các yêu cầu khắt khe về chất lượng và độ tin cậy do sự phát triển của công nghệ và sự xuất hiện của các thiết kế IC phức tạp hơn.