開發復雜芯片時，無論是單片SoC還是Multi-Die系統，都需要克服更大的工藝、電壓和溫度（PVT）挑戰，尤其是在采用先進節點時。為了提高性能和可靠性，片內PVT監控器已成為這些芯片中必不可少的“耳目”。

新思科技一直走在芯片監控解決方案的前沿，而這些解決方案是新思科技芯片生命周期管理（SLM）系列的一部分。最近，新思科技在臺積公司N5和N3E工藝上完成了PVT監控IP測試芯片的流片。這是一個里程碑式的成功。從此，那些準備在這些先進節點上進行設計的開發者都可以從中受益。臺積公司N3E工藝擴展了代工廠的3nm工藝家族，帶來了更優的功耗、性能和產量，非常適合人工智能、高性能計算和移動通訊等應用中常見的計算密集型工作負載。臺積公司N5工藝基于FinFET技術，與N7工藝相比，其速度提高約20%，功耗降低約40%。

新思科技SLM PVT監控IP目前已被全球140多家客戶所采用，實現了600多項設計，可用于28nm至3nm工藝。IP本質上對工藝和制造技術很敏感，因此實現經驗證的芯片性能是與芯片制造商建立信任的重要一環。經驗證的IP可以縮短設計周期和節省成本。本文將進一步介紹監控IP如何助力提高芯片性能。

通過監控內部情況優化芯片健康狀況

晶體管密度的增大、Multi-Die系統的出現以及對于突破芯片性能邊界的追求等，都要求在整個芯片生命周期（從設計階段到現場應用階段）中監控PVT參數。此類監控的輸出結果可帶來深入的見解，從而激勵芯片開發者采取行動來優化芯片健康狀況，因而PVT監控對于先進節點半導體器件（例如具有FinFET和全環繞柵極（GAA）晶體管的器件）實現可靠操作和出色性能至關重要。

片內PVT子系統解決方案由多個片內監控器組成，這些監控器分別用于工藝檢測、電壓監控和溫度傳感。通過嵌入式監控IP可以了解所有這些方面的情況。PVT監控器的數據會輸入中央管理中心（PVT控制器），并可通過標準接口進行訪問。中央管理中心可根據客戶不同的應用進行不同的配置，并集成到芯片的設計流程和架構中。

PVT監控是SLM的一個重要組成部分，其作用在半導體領域正變得越來越突出。Multi-Die系統中的裸片采用異構集成方式，這使廠商更加關注芯片的互連方式，也更加重視如何確保一個裸片的電壓不會影響到封裝內與之相鄰的其他裸片。此外，監控對于單片SoC也很重要，尤其是在較小的工藝節點中，監控器可以標記互連中的IR壓降等問題。

如今的芯片制造遭遇到了眾多挑戰，其中包括：

• 多熱點
  

• 壓降
  

• 制成變異性

• 工作負載難以預測

• 供電不確定（太多或不足）

工藝檢測器可以協助評估和監控芯片的速度，不管是從一個裸片到另一個裸片的速度，還是跨越大裸片時的速度。所收集的數據將有助于深入了解芯片老化，并可用于電壓/時序分析、動態電壓頻率調整優化以及速度分組。電壓監控器可測量多域電源電壓和/或IR壓降，以驗證和優化器件的功耗分布網絡，尤其是當器件面臨任務模式工作負載的壓力時。溫度傳感器能夠嚴格控制器件的熱活動。

經過質量認證的芯片IP

新思科技SLM PVT監控IP可用于多種用途，包括實時熱譜圖、能量/功耗優化以及用于性能增強的芯片評估等。此外，該IP還通過了TSMC9000計劃的認證，后者為臺積公司IP聯盟計劃（臺積公司開放創新平臺（OIP）的一個關鍵部分）的成員定義了一套精簡版的IP質量評估標準。隨著臺積公司N5和N3E工藝的成功流片，新思科技將能夠與客戶一起分享有用的流片后特征分析報告。

下面一個例子可以體現出SLM PVT監控IP的工作方式。比如在AI用例中，由于工作負載很多，該芯片面臨著嚴峻的熱挑戰，其功耗分布和IR壓降均非常高。高功耗反過來又限制了性能，增加了運營費用和碳排放。SLM PVT監控IP可以提高該AI芯片的多核利用率，通過將監控器放置在熱點附近，并憑借優化的性能功耗比和保持關鍵邏輯運算的算力供應裕量，更好地管理熱不可預測性。

再來看一個由采用不同制程節點的裸片組成的Multi-Die系統。在這方面，制程變異性產生了影響，熱問題也是如此。片上監控能夠指示哪些裸片在變熱并提供實際溫度。這樣一來，開發者便可以采取有意義的行動，例如降低電壓、減慢時鐘速度，甚至讓某個區域休眠一段時間。

更完整的新思科技SLM系列產品則可解決多方面的挑戰，包括規模和系統復雜性、不斷演變的封裝技術，以及不斷增加的工作負載等。這些產品建立在充分的片內可觀察性、分析和集成自動化的基礎之上。為了在器件生命周期的每個階段改善芯片健康狀況和運行指標，這些產品會收集有意義的數據，從設計到生產再到測試和現場操作，提供連續分析和具有可行性的反饋。

在設計和現場應用之間形成閉環

芯片制造商再也不能對芯片內部的情況一無所知。片內可見性和洞察都是關鍵的工具，有助于優化半導體生命周期的每個階段，并最終優化芯片質量。PVT監控加上全方位的SLM技術為開發者提供了一種準確高效的方式來了解芯片的內部和外部狀況。