第29章 “麻雀 rev b”的誕生?矽片歸來!

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    在經曆了兩個多月漫長而焦灼的等待後,那個牽動著芯啟科技所有人神經的時刻,終於到來了!    消息傳來,整個辦公室瞬間沸騰了!
    所有人都暫時放下了手中的工作,圍攏過來,目光灼灼地盯著那個看似普通的紙箱,眼神中充滿了激動、期待,還有一絲難以掩飾的緊張。這兩個多月裏,團隊承受了太多的壓力和煎熬,付出了無數的心血和汗水,成敗在此一舉!
    林軒強壓下內心的激動,親自簽收了包裹。他小心翼翼地打開層層保護包裝,露出了裏麵幾個黑色的、圓形的晶圓盒afer cassette)。透過透明的盒蓋,可以看到裏麵疊放著的一片片閃爍著金屬光澤的、薄薄的矽晶圓。每一片晶圓上,都整齊地排列著數百個微小的、肉眼幾乎看不清的方形die裸片),那就是他們日夜奮戰的成果——“麻雀 rev b”芯片!
    “好了,都別圍著了!”林軒深吸一口氣,努力讓自己的聲音保持平靜,“家俊哥,顧博士,驗證組的同事,我們去實驗室!”
    核心技術團隊的成員們立刻行動起來。他們穿上防靜電服,戴上口罩和手套,小心翼翼地將一個晶圓盒捧進了那間經過簡單改造、但也配備了必要設備的測試實驗室。
    接下來的步驟,繁瑣而關鍵。
    首先是晶圓測試afer sort  afer probe)。需要將整片晶圓固定在探針台probe station)上,然後用極其精密的探針,接觸到每一個die上的測試焊盤test pad),通過自動測試設備ate)運行預先編寫好的測試程序,對每個die進行初步的功能和電參數篩選,標記出可能失效的die。
    這個過程需要極高的精度和耐心。林軒和陳家俊、顧維鈞等人輪流操作著那台半自動的探針台,眼睛緊盯著顯微鏡和ate屏幕上跳動的數據。
    初步測試結果很快出來了,有好消息,也有壞消息。
    好消息是,整片晶圓上,大部分die都通過了基本的電氣連接測試和簡單的功能向量測試,沒有出現大麵積的、災難性的製造缺陷。這至少證明,台積電的0.5微米工藝是可靠的,他們的設計在大的邏輯層麵上沒有致命錯誤。大家懸著的心,放下了一半。
    壞消息是,通過初步篩選的“良品”diegood die)的比例,似乎低於預期。在一片晶圓上,大約隻有6070的die能夠通過所有基礎測試,這意味著初始良率yied)並不算高。而且,即使是這些“良品”die,其某些關鍵電參數如漏電流、工作頻率的初步測試結果)也呈現出一定的離散性,暗示著可能存在一些設計或工藝上的邊緣問題arginaity)。
    “初始良率偏低是正常的,”林軒安慰著略顯沮喪的陳家俊和顧維鈞,“畢竟是新設計、新工藝的第一次流片。關鍵在於,我們要盡快找出導致不良的原因,以及評估那些通過初測的die,其性能是否真正達標。”
    下一步是封裝packaging)。為了進行更全麵的功能和性能測試,需要將通過初測的die從晶圓上切割下來dicing),然後焊接到芯片基板上,用環氧樹脂進行塑封,形成可以焊接到電路板上的、我們常見的芯片形態。
    芯啟科技目前還沒有自己的封裝產線,這項工作外包給了香港本地一家有合作關係的封裝廠。他們加急將切割好的“良品”die送了過去。
    又是幾天焦急的等待。
    第一批封裝好的“麻雀 rev pe, es)終於送回了芯啟科技的實驗室!看著那些印著“xinqi tech”和“sparro rev b”字樣的、嶄新的黑色芯片,每個人的心情都像是即將揭曉高考成績的考生。
    最後的審判時刻到了——芯片上板測試bringup & vaidation)!
    驗證團隊早已準備好了專門設計的測試驗證板vaidation board)。這塊電路板上集成了電源、時鍾、存儲器、音頻接口、調試接口等所有必要的周邊電路,可以將“麻雀”芯片的功能盡可能地模擬出來。
    顧維鈞親自操刀,小心翼翼地將第一顆es芯片焊接到驗證板上。所有人都屏住了呼吸,圍攏在測試台前。實驗室裏安靜得掉根針都能聽見。
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    連接好電源,打開示波器、邏輯分析儀、音頻分析儀等各種測試設備。
    “上電!”林軒下達了指令。
    陳家俊按下了電源開關。
    所有人的目光都死死地盯在測試設備和驗證板的指示燈上。
    幾秒鍾過去了,沒有冒煙,沒有異響!電源指示燈正常亮起!芯片的靜態電流也在預期範圍內!
    “好!第一關過了!”陳家俊低呼一聲,額頭上已經滲出了細密的汗珠。
    接下來,是更關鍵的功能測試。
    連接jtag調試接口,嚐試讀取芯片內部的id寄存器。
    “id讀取成功!”負責操作調試器的工程師興奮地報告。這表明芯片內部最基本的數字邏輯和通信接口是工作的!
    然後,加載測試程序,嚐試讓芯片內部的cpu內核運行起來,並訪問外部存儲器。
    “cpu re啟動正常!可以讀寫內存!”又一個好消息傳來!
    現場的氣氛開始變得輕鬆起來,大家的臉上露出了笑容。看起來,這顆芯片的核心數字部分,問題不大!
    然而,真正的考驗,才剛剛開始。他們需要驗證芯片的所有功能模塊,特別是那些最複雜、也最容易出問題的部分——p3解碼、音頻編解碼器audio dec)、鎖相環p)、電源管理pu)。    “解碼……基本正常!但是……”負責音頻測試的工程師眉頭皺了起來,“輸出信號的信噪比snr)好像比我們仿真結果要低一些,而且似乎存在一些微弱的高頻噪聲……”
    顧維鈞立刻湊到音頻分析儀前,仔細觀察著頻譜圖。“確實有噪聲……而且底噪也比預期的要高。可能是dac數模轉換器)的設計,或者電源部分引入了幹擾。”
    緊接著,對p模塊的測試也發現了問題。在嚐試將係統時鍾鎖定到設計目標的最高頻率時,p出現了不穩定的抖動jitter),甚至在某些電壓或溫度條件下,會直接失鎖oss of ock)!這意味著芯片可能無法穩定運行在最高性能模式下。
    “麻煩了……”顧維鈞的臉色變得凝重,“p不穩定,整個芯片的時鍾係統都會受影響。這個問題必須解決!”    一個個問題被暴露出來。
    剛剛還沉浸在“芯片點亮”喜悅中的團隊,心情再次沉重起來。雖然沒有發現致命的、導致芯片完全無法工作的硬傷,但這些暴露出來的性能瑕疵、穩定性問題,如果不能有效解決,將嚴重影響“麻雀 rev b”的市場競爭力,甚至可能導致無法滿足遠大電子哪怕是其最低)的要求!
    第一次矽片測試的結果,就像是一份喜憂參半的成績單。芯片“活了”,但“活得”並不完美,甚至可以說“病得不輕”。
    林軒的內心,也經曆了一次過山車。從最初的激動,到發現問題後的擔憂,再到最後的冷靜。他知道,這在芯片研發中其實是很常見的情況,第一次流片就能完美無瑕幾乎是不可能的。關鍵在於,接下來的調試debugging)工作!
    “大家不要灰心!”林軒拍了拍手,將眾人的注意力吸引過來,“第一次流片能點亮,核心數字邏輯基本沒問題,這已經是一個巨大的成功了!相比那些第一次流片回來連基本功能都跑不通的公司,我們已經幸運很多了!”
    “現在,我們麵臨的問題很明確:音頻噪聲、p不穩定、功耗偏高。”他指著白板上剛剛記錄下的問題點,“這些都是硬骨頭,但並非無法解決!接下來,我們要立刻成立調試攻關小組,由家俊哥、顧博士、誌遠牽頭,集中所有資源和智慧,盡快找出這些問題的根源,並找到解決方案!”
    “記住,我們沒有多少時間了!”林軒的目光掃過每一位疲憊但眼神依舊堅定的戰友,“遠大的交貨期限就在眼前!這場硬仗,才剛剛開始!打起精神來,我們一定能行!”
    矽片歸來,帶來了希望,也帶來了新的、更嚴峻的挑戰。芯啟科技的實驗室裏,一場與時間賽跑、與bug搏鬥的“調試風暴”,即將猛烈上演。而那五萬片訂單的命運,就懸於這場風暴的結果之上。
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