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[原创] 从模块化到智能化,看NI的测试测量之路

半导体行业观察 ·2018-04-10 08:55·半导体行业观察
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5G可谓是当前最火的通信技术,几乎全球的运营商都在为5G商用进行技术研发,但是5G技术的研发不是凭借一家公司的一技之长就能实现,需要联合产业界各个环节共同推动。

从最初的5G射频领先用户计划,到推出5G原型验证,再到最新推出的针对5G应用的RF前端测试案例。抢占5G,一直是NI的战略重点。在今年的MWC上,NI和Qorvo联合演示测试了首款市售5G RF前端模块(FEM)。

随着2017年底首个可实施的非独立(NSA)5G新空口(5G NR)规范得到通过,这意味着,从2018年开始,5G开始正式进入商用冲刺倒计时阶段。

NI 大中华区半导体市场开发经理潘建安

迎接5G测试技术的挑战

按照NI 大中华区半导体市场开发经理潘建安话来说,NI很早就开始投入5G技术的研发工作。

“从早期的research Prototype开始,到2010那年开始制定射频领先计划,NI跟国内外的很多机构都进行了5G技术的相关应用研究工作,包括Massive Mimo、毫米波系统在内的技术都有涉及。”

在与机构进行长期研究合作的过程中,NI发现5G技术提出了与以往的3G,4G技术所完全不同的要求和挑战。

以毫米波为例,毫米波的引入对5G测试提出了非常大的挑战。潘建安解释道,“人们目前对70-80GHz频段中信道对毫米波频段的影响还没有了解得非常透彻,它们具备哪些特性?怎样测量信道?都处于摸索之中。不同设备之间的联调联试也是问题。”

此外,毫米波频段上会存在相控阵,并在此基础上实现波束的成形与赋形,这使得我们无法再像以前那样进行传导性测试,必须采用OTA方法进行测量。而且在波束的成形与赋形过程中,还会涉及近场和远场测试。

然而NI对5G的“耕耘”绝不仅限于此,NI已于NOKIA、NTT DOCOMO、SK集团、University of Bristol等横跨全球的产学研众多前沿机构、公司展开紧密的“并联”合作,深入5G原型验证的“前线”,以NI平台的兼容扩展性,满足未来各类的测试需求。

“在Massive Mimo领域,NI的合作伙伴包括隆德大学、英特尔和国内的东南大学等。在毫米波应用领域,合作伙伴包括诺基亚、北京邮电大学等公司和学校。”潘建安强调。

NI技术市场工程师马力斯

模块化,智能化平台概念

在去年12月的时候,随着3GPP,12月底R15版本审核通过。NI重新推出了关于5G New Radio,在6GHz以下的测试方案

“像Qorvo最新的射频前端测试,其实就是使用了NI的PXI这种模块化平台来进行实现的。”

NI作为PXI平台的创办者,多年来一直不断加大投入,持续创新,已将PXI平台着实打造成了自动化测试和控制领域的主流平台。

现如今市场上PXI厂商超过60余家,模块化仪器已超过2000种,仅NI就提供超过600余种,已形成了一个庞大的生态系统联盟。

相较于传统仪器,PXI平台具有较高的测量能力,低延迟和高带宽,软件灵活定义,集成定时和同步,高处理性能,尺寸、重量、功耗小,平台仪器齐全等优点;“NI坚持开放灵活的平台化战略,PXI平台的优势在于可以保证每个模块协同工作,又不会过度定义,对不需要的部分,厂商可以对模块进行ADD屏蔽。

并且PXI平台可以作为整个系统的中心,连接已有的其他仪器,如LXI、VXI、USB、GPIB等,在最大可能减少系统瓶颈的前提下,保持已有设备发挥最佳效能,快速部署,减少重复投资,从而降低厂商产品开发及生产成本

从射频到半导体测试

多年来,NI不断加强产品技术创新的同时,也在强化以“用户为核心”,并联合广大合作伙伴深度对接各行业的垂直应用。

由于PXI具有开放特性以及NI在该领域的强大优势,已为35,000多家用户提供了服务,已经形成了全面完善的服务与支持生态系统。接下来会有更多的合作伙伴及PXI系统联盟商会加入进这个生态系统,PXI平台将会越做越大。随着中国“十三五”计划的出台,智能制造和VR、AR、AI等领域将会迎来很好的发展,会为PXI技术带来更多的用武之地。

在潘建安看来,消费电子端的客户基本上不太需要进行基带测试,而是直接进行模块安装,故该PXI基站模块主要是针对半导体客户,像是手机或Wi-Fi模块的收发器(Transciever)与基站的基带测试。

此外,该方案还可搭配NI-RFmx测量软件与NI TClk专利技术使用。RFmx量测软件可以协助PXIe-5820侦测多标准下的快速除错(Debug)解决方案,提供相当优异的动态范围测试,而I TClk技术则能精准地同步RF包络跟踪(EnvelopeTracking)与基带硬件测量。

“愈发复杂的芯片设计带来指数级增长的测试挑战,因此需要以全新的态度和方案来审视这样的变化。”NI技术市场工程师马力斯认为,“不难理解,随着时间的推移,前端模块甚至天线阵列将进一步集成到单颗芯片中。这一点是技术层面的挑战。”

博达微CEO李严峰

首创AI驱动的半导体参数一体化测试系统

现如今,由于IoT发展迅猛,芯片量呈几何倍数增长,摩尔定律已逐渐不再适用,正如新近发布的《NI Trend Watch 2018》介绍,尽管摩尔定律的适用性再次受到威胁,但以机器学习、自动驾驶为首的市场需求将持续扩展处理能力和I/O带宽,为推动架构创新提供新的机遇。

因此,为打破传统仪器固有的局限而生,更加面向未来的智能测试方案也成为半导体测试产业精进的当务之急,而NI正是通过自身模块化硬件的灵活性,持续助力产业进阶。

今年二月,基于NI的PXI源测量单元 (SMU),专注利用人工智能驱动半导体测试测量的北京博达微科技有限公司宣布推出最新基于机器学习的半导体参数化测试产品FS-Pro,真正将IV测试、CV测试、低频噪声 (1/f noise) 测试等常用低频特性测量集成于一体,实现在单台仪器内完成所有测试的需求,并将测试速度提升10倍,在低频噪声测试中将原本需要几十秒的测试时间缩短至5秒以内。

事实上,这已经不是NI和博达微的第一次合作,2017年初博达微就发布了基于机器学习的第一代半导体参数化测试产品FS系列,基于NI模块化的硬件,在测试精度和灵敏度上做了两个数量级的提升。

博达微CEO李严峰表示,基于以灵活著称的NI模块化硬件,博达微算法团队将自身十年来利用算法处理集成电路工艺浮动仿真难题积累的“行为预测”、“噪声去除”等一系列技术算法原型,迅速“复制”到半导体测试领域,使测量突破原有物理边界成为可能,其参数化仪器一经推出就迅速获得市场认可。

NI的理念

“NI的理念在于,通过PXI平台,能够简化测试流程。”潘建安在谈到NI的战略时表示。

首先在射频测试方面,NI进行持续不断的投入,这也是NI最初跨进半导体测试领域的原因之一。因为对于半导体测试领域来说,其车陂不仅仅包括购买设备的支出,也包括了后期的维护。潘建安认为,如果产品太过复杂,维护成本就会很高,因此如何降低这一方面的成本也是值得考虑的。

而在半导体测试方面,“NI的核心理念就是让测试人员,实现从实验室到量产。因为我们在实验室里面使用的测试设备,跟量产使用的测试设备都是同样的测试设备,所以在资料的关联性上面就能够大幅缩减复杂性。”

一款高灵活性的测试仪器不仅可以满足当下需求,还可以用这种更灵活的方式来满足与前面的兼容以及和最新协议、技术标准的兼容,以降低重新采购测试仪器设备的成本。

未来,NI将会继续围绕以NI高效开发软件与模块化硬件(以PXI技术为核心)为基础的统一平台,搭建NI服务与支持辐射全球产业链的关键渠道。这一开放平台推动建立了围绕NI产品开发者、客户以及第三方产品的测试行业生态。

文/半导体行业观察 刘燚


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