DFT: Мартовский алгоритм? #Чекерборд #1

Когда вы впервые приходите в лабораторию DFT после работы в области логического проектирования, наступает момент, когда вы больше всего растеряны.
Сканирование, ATPG, паттерн "застрял-ат", паттерн перехода и т. д. знакомы, но как только вы переходите на сторону памяти, вы вдруг начинаете говорить об алгоритме Марча, MBIST, модели ошибок.

И даже старшие инженеры DFT иногда путаются в этом:

"Какие именно неисправности покрывает March C-? Какие у него недостатки?"
"Почему он должен дважды подниматься и опускаться?"

Цель этой статьи проста.

• Для людей, которые уже знакомы с DFT/ATPG, но тесты памяти неудобны, я хочу объяснить, что такое алгоритм Марча и почему он работает именно в таком порядке,
• Чем он принципиально отличается от паттерна логических тестов
• И какую роль играет шаблон шахматной доски, который часто можно услышать на практике

1. Тест на логику против теста на память: почему паттерны отличаются?"

1.1 Логическая сторона: мир Scan + ATPG

Типичный логический блок тестируется следующим образом.

• Вставка сканирующей цепочки
• ATPG-инструмента в флип-флопы в месте неисправности stuck-at, Создание вектора тестирования, нацеленного на неисправность перехода
• На оборудовании ATE или плате
  • ввод значений во входной порт + сканирование внутрь (сдвиг сканирования)
  • захват
  • наблюдение значений с помощью сканирования наружу

Есть три ключевых момента.

1. Неисправность определяется в терминах флип-флопов (сканирующих ячеек):
2. Тест-шаблон Вектор стимулирует множество узлов одновременно.
3. Активация неисправности → распространение → наблюдение протекает по комбинаторному логическому пути.

Таким образом, философия логического тестирования такова:

"Охватите как можно больше неисправностей с помощью одного паттерна."

То, что мы делаем в ATPG, является скорее математической/алгоритмической реализацией этой философии:

1.2 Сторона памяти: структура совершенно другая

Напротив, структура SRAM типа памяти выглядит следующим образом:

• Декодер адреса: активирует словесную линию выбранного адреса
• Пара битов + ячейка: читает или записывает данные выбранной ячейки
• обычно одновременно можно обращаться только к одной адресной линии

Эта структура обусловливает некоторые важные особенности тестов памяти.

(1) Гранулярность доступа

• Логика: тестирование нескольких флип-флопов/узлов одновременно
• Память: Обычно "по одному адресу за раз" доступ

(2) Сама модель отказов отличается

• Логика: gate/net-centric
• Память:
  • Неисправность в самой ячейке
  • Взаимодействие между ячейками
  • Ненормальность декодера адреса
  • Чувствительность к окружающим моделям ячеек

Если даже посмотреть на репрезентативную модель неисправности памяти, то она уже отличается.

• Неисправность сопряжения (CF)
• Неисправность дешифратора адреса (AF)
• Неисправность, чувствительная к шаблону соседства (NPSF)
• Неисправность, разрушающая чтение/запись, и т. д.

(3) Зависимость от последовательности

Некоторые неисправности проявляются только в следующей последовательности, например.

Запись 1 в эту ячейку → запись 0 в соседнюю ячейку → повторное чтение исходной ячейки для ее разрушения.

Иными словами, важно, "в каком порядке и когда соседние ячейки имеют какие данные".

Поэтому память гораздо лучше подходит для алгоритма, который повторяет последовательность чтения/записи, проходя все ячейки в определенном порядке, а не для вектора ATPG, открывающего сразу несколько узлов.

В этом и заключается мартовский алгоритм, буквально, идея марша по адресному пространству в одной файловой строке.

2. March Algorithm의 핵심 아이디어

2.1 Определение: проверка при "маршировании" по адресам

Алгоритм March можно кратко описать в одной строке.

Алгоритм тестирования, который "марширует" по всем адресам в памяти в определенном направлении (↑, ↓ или оба), выполняя предопределенную последовательность операций чтения/записи по каждому адресу

Обычно нотация выглядит следующим образом

• ↑ : возрастающая последовательность адресации
• ↓ : убывающая последовательность адресации
• ↕ : возрастающая или убывающая, независимая от направления (каждый адрес один раз)
• wx : записать значение x (w0, w1)
• rx : прочитать & проверить значение x (r0, r1)

Например:

↑ (w0) : записать 0 в каждую ячейку с адреса 0 по MAX
↑ (r0, w1): снова от адреса 0 до MAX, читаем, если 0 (r0) и записываем 1

Такая последовательность "направление + операция" называется элементом марша.
Последовательность из нескольких элементов называется тестом марша.

2.2 "А нельзя ли просто w0→r0, w1→r1 дважды?"

На всю память

w0→r0 → w1→r1

Это все, что нам нужно проверить?"

Проблема заключается в модели ошибок памяти:

• Некоторые ошибки выявляются только переходом 0→1, некоторые ошибки выявляются по состоянию соседней ячейки.
• Некоторые неисправности хорошо проявляются при обходе адреса в направлении вверх, но вызывают проблемы в направлении вниз.
  • Например, некоторые пути декодера, структуры сопряжения и т. д.

Таким образом, алгоритм March обеспечивает следующее.

1. Заставьте каждую ячейку пережить 0 и 1 несколько раз
2. выполнить переходы 0→1 и 1→0
3. пройти как вверх, так и вниз и изменить относительный порядок со своими соседями.

Существует множество алгоритмов, которые могут сделать это за один проход и при этом сохранить время тестирования на уровне O(N).

• Одноклеточные неисправности
• 2-клеточные неисправности сопряжения
• неисправности декодера адреса

Так какие же алгоритмы марта популярны на практике?

3. Если мы вспомним только два: March X & March C-

3.1 марта X - простейший базовый в образовательных целях

Март X - один из самых базовых мартовских алгоритмов. Обычно он записывается так:

1) ↑ (w0)
2) ↑ (r0, w1)
3) ↑ (r1, w0)

Что это значит:

1. Инициализируем все ячейки в 0 (↑(w0))
2. На обратном пути
   • читаем, если это 0, и записываем (r0)
   • 1. (w1)
3. После очередного подъема
   • прочитайте, если это 1, и запишите (r1)
   • запишите 0 (w0)

Вот и все:

• Каждая ячейка хранит 0 и 1 хотя бы один раз
• Каждый переход 0→1 и 1→0 выполняется
• Основные Stuck-at fault и Transition fault более или менее обнаружимы

Ограничения очевидны.

• ↓ нет направленного обхода
• Неисправность сопряжения, Неисправность дешифратора адреса охват ограничен.

В результате он часто используется для концептуальных иллюстраций, обучения и очень простых SRAM, в то время как реальные MBIST используют более мощные алгоритмы.

3.2 March C- - наиболее распространенный на практике стандарт

March C- - это стандарт, который чаще всего встречается в MBIST на практике.

В действительности разработчики SRAM разработали гораздо больше алгоритмов, чем этот, и существует множество различных названий March, но значительное число семейств являются производными от March C-.

March C- обычно определяется следующим образом:

1) ↕ (w0)
2) ↑ (r0, w1)
3) ↑ (r1, w0)
4) ↓ (r0, w1)
5) ↓ (r1, w0)
6) ↕ (r0)

Здесь ↕ может означать "каждый адрес один раз", независимо от направления.

Разберем это еще немного подробнее:

1. Запишем 0 в каждую ячейку. (Инициализация)
2. с адресом up
   • прочитать, если он равен 0 (r0)
   • записать 1 (w1)
3. снова вверх. и читаем (r0)
4. записываем 1 (w1)
5. Снова прокручиваем вниз и читаем
   • 1 и записываем (r1)
   • 0 (w0)
6. И наконец, пролистайте весь набор в последний раз и прочитайте
   • 0 (r0)

В этом одном наборе содержится все следующее

• Каждая ячейка испытывает 0 и 1 много раз
• повторяет 0→1, 1→0 переход
• выполняет обход как вверх, так и вниз
• умышленно создает ситуации, когда состояние соседних ячеек меняется сразу после чтения или когда остаются следы предыдущего образца

Поэтому March C- может достаточно хорошо обнаружить следующее.

• Неисправность засорения (SAF)
• Неисправность перехода (TF)
• Наиболее Неисправность дешифратора адреса (AF)
• Типичная 2.Ячейка Ошибка сопряжения (CF)

В реальном BIST памяти на уровне продукта комбинация "March C- (или производный вариант)" + дополнительный фон является практически стандартной.

4. March X vs March C- с точки зрения модели неисправностей

Чтобы разобраться в этом, давайте сравним эти два варианта с точки зрения модели неисправностей.Практический итог прост:

• Базовые концепции, объясненные в лаборатории → March X
• Реальный BIST памяти на уровне продукта → почти March C- (или вариант, производный от C-)

.