Robert Murphy ( rmurphy ), membre du personnel technique, Advanced Micro Devices
Jason Paquette ( Jason Paquette ), ingénieur en développement de produits, Advanced Micro Devices
Résumé — Afin d'optimiser l'utilisation des ressources de conception et de minimiser les délais de mise sur le marché, les systèmes sur puce (SoC) utilisent une part importante de réutilisation de blocs fonctionnels. Cette réutilisation permet de comparer les performances et le rendement au niveau des blocs, permettant ainsi un débogage ciblé et de nouvelles opportunités d'optimisation. Cet article décrit le processus de génération de cartes personnalisées à utiliser avec la plateforme Graph Builder de JMP. Cette technique offre une approche précieuse pour explorer les signaux pilotés par l'espace grâce à un outil hautement interactif. Optimisez vos processus en exploitant pleinement la puissance des cartes personnalisées dans JMP.
Termes d'index — Cartes personnalisées, Hyper-heatmap, Analyse des causes profondes, SoC, Système sur puce, Rendement.
I. INTRODUCTION
Les SoC actuels sont souvent des composants relativement volumineux, basés sur une technologie de pointe en matière de semi-conducteurs, visant des performances et une efficacité énergétique toujours plus élevées. Ils sont constitués d'un ensemble de blocs répliqués et uniques assurant diverses fonctions de la puce, telles que les E/S, le calcul et les graphiques. Ces blocs peuvent être représentés sous forme de carte en fonction de leur position physique sur la puce. En utilisant ce type de carte comme carte personnalisée dans JMP, un ingénieur ou un analyste peut créer des visualisations performantes permettant un débogage plus rapide des problèmes de processus, de test ou de rendement. Cela permet ainsi d'accélérer la montée en puissance et la qualité, et donc le retour sur investissement (ROI) des nouvelles conceptions de produits. En combinant les cartes thermiques des puces dans Graph Builder en fonction de leur emplacement physique sur une plaquette, des effets jusque-là inaperçus sont mis en lumière. Cela est dû au fait que de nombreux défis de fabrication de semi-conducteurs dépendent fortement de la position spatiale au sein d'une plaquette, comme les effets de centre ou de bord. Une illustration claire de ces dépendances de position réduit considérablement la liste des causes profondes potentielles et accélère l'amélioration des processus.
II. AVANTAGES DE L'UTILISATION DE CARTES PERSONNALISÉES
Actuellement, les ingénieurs et les analystes disposent de divers outils pour identifier les réponses aberrantes. Parmi ceux-ci, on peut citer les histogrammes et les boîtes à moustaches. Bien que précieux et très utilisés, ces outils ne permettent pas d'illustrer le positionnement physique, ce qui permettrait d'identifier des tendances plus rapidement. Comprendre ces tendances permet de réduire la portée des analyses ultérieures et d'identifier les causes profondes, ce qui accélère le débogage et améliore le rendement.
Bien que cet article se concentre sur l’industrie des semi-conducteurs, l’application de cartes personnalisées peut s’avérer utile dans de nombreux contextes avec des signaux spatiaux.
III. CRÉATION DE CARTES PERSONNALISÉES DANS JMP
La génération de formes cartographiques personnalisées dans JMP s'effectue en connectant les sommets de chaque forme, un par un. Pour ce faire, JMP nécessite les coordonnées des sommets sous la forme de deux fichiers de définition : un fichier « -Name » et un fichier « -XY ». Le fichier « -Name » contient les colonnes numériques requises pour l'ID de forme et le nom , tandis que le fichier « -XY » contient l'ID de forme, l'ID de partie et les coordonnées X et Y des sommets. La colonne « ID de forme » relie les coordonnées du fichier « -XY » aux noms des formes du fichier « -Name ».
Si les coordonnées des sommets sont disponibles, les fichiers « -Name » et « -XY » peuvent être générés en quelques étapes.
Résumez le fichier de coordonnées afin que chaque forme occupe une seule ligne dans la table de données. Créez une colonne « ID de forme » par ordre croissant (en commençant par un) en attribuant à chaque forme un identifiant unique. L'ID de forme doit être la première colonne de la table. Enregistrez la table sous « $$$ -Name.jmp », où $$$ est le préfixe choisi. Ce fichier doit contenir une colonne de nom conviviale pour représenter chaque forme. Dans les propriétés de cette colonne, sélectionnez « Rôle de la carte » et définissez-le sur « Définition du nom de forme » (voir Figure 1). Cette étape est importante, car les valeurs de cette colonne serviront à lier les données brutes pour les superpositions.
- Figue.1. Définition du nom de la forme Rôle de la carte Configuration des propriétés
La table de coordonnées d'origine étant toujours ouverte, fusionnez la colonne « ID de forme » unique qui vient d'être créée et triez la table par ordre croissant d'ID de forme. Enregistrez la table de données sous le nom « $$$ -XY.jmp », où $$$ doit être le même préfixe que celui utilisé pour le fichier « -Name ».
Ce fichier « -XY » nécessite quatre colonnes obligatoires : ID de forme , X , Y et ID de partie . Dans son état actuel, le fichier devrait contenir toutes ces informations et il suffirait peut-être de renommer les colonnes. Cependant, la colonne ID de partie sera manquante. Cette colonne indique à JMP si certaines formes comportent plusieurs parties distinctes, comme l'État d'Hawaï, composé de plusieurs îles. Il arrive souvent que chaque forme ne comporte qu'une seule partie. Dans ce cas, la colonne ID de partie peut être définie comme étant entièrement à 1. Les colonnes X et Y contiennent les coordonnées de chaque sommet de chaque forme. Il est important de souligner que l'ordre d'apparition des sommets de chaque forme dans le fichier « -XY » est important, car une mauvaise configuration peut entraîner des représentations inexactes des formes. Grâce au fichier de mappage « -XY », JMP trace les formes d'un sommet à l'autre (de la première à la dernière ligne du fichier). Un nouveau tracé démarre avec chaque nouvel ID de forme ou ID de partie. La figure 2 montre un exemple de la façon dont l’ordre des sommets fait une différence pour tracer une forme rectangulaire simple.
- Figue.2Ordre correct et incorrect des sommets pour les formes
Si les données de coordonnées brutes sont cohérentes sur plusieurs types de cartes personnalisées, un script JSL (langage de script JMP) pour créer les fichiers de définition de forme « -XY » et « -Name » s'avérerait utile.
Pour plus d'informations sur la génération de cartes personnalisées, consultez la ressource suivante : Aide > Contenu de l'aide > Graphiques essentiels > Créer des cartes > Générateur de graphiques > Fichiers de cartes personnalisés.
Un dernier point à noter est que les fichiers de définition de forme « -Name » et « -XY » doivent être enregistrés dans le même répertoire avec le même préfixe pour que le mappage fonctionne correctement.
IV. UTILISATION DE LA CARTE PERSONNALISÉE
Une fois les fichiers de définition configurés, les données peuvent être importées dans JMP. Une dernière étape de préparation est nécessaire pour lier les données aux fichiers de définition de carte personnalisée avant de les visualiser dans Graph Builder. Une colonne de données doit contenir des valeurs identiques à celles de la colonne « Définition du nom de forme » définie dans le fichier « -Name », sinon JMP ne pourra pas lier la carte personnalisée.
Pour lier la table de données à la carte personnalisée, ouvrez les propriétés de la colonne de la table de données qui stocke les noms de formes. Dans la propriété Rôle de la carte, assurez-vous que l'option « Utilisation du nom de forme » est sélectionnée et sélectionnez le fichier « -Name » comme « Table de données de noms de cartes » avec la colonne de définition de forme appropriée sélectionnée (voir figure 3). Notez que dans JMP11, ces options ne proposent pas de boîte de dialogue interactive pour rechercher le fichier « -Name ». Il faudra donc le copier-coller ou le saisir dans la zone de texte (avec l'extension « .jmp »).
- Figue.3. Nom de la forme Utiliser le rôle de la carte Sélection du fichier
JMP permet également de placer les fichiers « -Name » et « -XY » dans un répertoire spécifique, vérifié automatiquement par le logiciel. Cependant, dans notre application, nous utilisons des noms de formes identiques avec des correspondances différentes selon les produits SoC. Afin d'éviter les conflits de noms, nous utilisons la méthode de sélection de fichiers. Veuillez consulter l'aide de JMP pour trouver l'emplacement automatique du répertoire en fonction du système d'exploitation de votre ordinateur.
Une fois les préparatifs terminés, ouvrez Graph Builder et glissez-déposez la colonne de forme liée de la table de données dans la zone de dépôt « Forme de carte » en bas à gauche de la fenêtre (voir figure 4). JMP remplit ensuite l'affichage avec toutes les instances de forme trouvées dans la table de données et également dans les fichiers de définition de forme.
- Figue.4Emplacement de la zone de dépôt de la forme de la carte du générateur de graphiques
Il peut arriver que certaines formes présentes dans la table de données ne soient pas reconnues par les fichiers de définition de formes. Cela peut être dû à des noms différents, à des conventions de nommage différentes, ou simplement à leur absence. Ces formes non reconnues s'affichent en bas de la fenêtre du Générateur de graphiques sous le message « Formes de carte introuvables » (voir Figure 5). L'intégration de ces formes manquantes nécessite soit de modifier les données pour qu'elles correspondent aux fichiers de définition de formes, soit de mettre à jour ces derniers.
- Figue.5Affichage du générateur de graphiques lorsque les formes dans les données ne sont pas reconnues
À ce stade, les colonnes de données peuvent être glissées et déposées sur la zone de dépôt Couleur qui fournit les superpositions de couleurs appropriées en fonction des données de colonne et des types de modélisation.
La section suivante passera en revue quelques exemples détaillés décrivant différents scénarios d’utilisation et réussites.
V. EXEMPLES
- A. Données de rendement
Faisant écho à l'introduction, l'avantage de la réutilisation des blocs dans les conceptions de SoC permet de comparer les performances et le rendement de chaque bloc. Il est très courant d'utiliser des procédures de test telles que Scan (bascules et logique commune) et Built-In Self-Test (BIST, test et réparation de la mémoire) qui se déroulent au niveau du bloc. Dans le cas des SoC, ces blocs sont appelés tuiles. La figure 6 illustre le rendement d'un test spécifique pour chaque tuile en agrégeant les résultats de quelques milliers d'unités. Les tuiles colorées en rouge (et numérotées en blanc) sont des tuiles aberrantes à faible rendement qui méritent une attention particulière. La sous-section suivante montrera qu'une autre force, invisible dans cette vue, est à l'origine de ces valeurs aberrantes.
- Figue.6Carte thermique du rendement des tuiles SoC avec valeurs aberrantes
- B. Hyper-cartes thermiques
Pour reprendre l'exemple de rendement précédent, il existe un ensemble évident de tuiles aberrantes. Cependant, leur origine n'est pas claire. La figure 7 illustre l'hyper-carte thermique imbriquant chaque vue de tuile SoC pour chaque emplacement de puce sur le wafer, en utilisant les zones de dépôt des groupes X et Y. Les emplacements de puce peu peuplés présentent de faibles taux de défaillance de tuiles. Les valeurs aberrantes numérotées de la figure 6 ont été ajoutées à la figure 7 pour représenter les emplacements de puce qui entraînent des rendements de tuiles plus faibles. Pour les tuiles 1 , 2 et 3 , la principale raison est qu'il s'agit de tuiles d'angle adjacentes au bord du wafer pour certains emplacements X et Y de la puce. Immédiatement à proximité du bord du wafer, ces tuiles subissent des effets de bord lors des processus de fabrication, qui ne se produisent pas dans d'autres zones du wafer. Afin de visualiser plus clairement une hyper-carte thermique comportant de nombreux objets, il peut être utile de filtrer les niveaux de base ou attendus de la variable de couleur. La figure 7 a été filtrée de cette manière. La baisse de rendement de la tuile 4 se concentre principalement au centre de la plaquette, où l'on observe également des variations connues dues au procédé de fabrication. Ce procédé induit diverses non-uniformités sur la plaquette, souvent plus marquées au centre ou sur les bords. Cette hyper-carte thermique a permis d'identifier rapidement les zones problématiques sans avoir à investir des ressources pour déterminer si les tuiles elles-mêmes nécessitaient une optimisation de leur conception.
- Figue.7Carte hyperthermique au niveau de la plaquette mettant en évidence les emplacements de puces aberrants en filtrant le taux de rendement de base
- C. Données paramétriques
La figure 8 illustre la visualisation de données paramétriques sur une hypercarte thermique à l'échelle d'une plaquette. Chaque tuile présente une structure de mesure analogique dont la valeur sert de métrique de corrélation avec les performances du dispositif. Le tableau de données contient des centaines de plaquettes, et cette vue présente la valeur moyenne de chaque tuile à chaque emplacement de puce sur la plaquette. Les traces familières du processus de fabrication sont clairement visibles grâce aux cercles concentriques représentés par la superposition.
- Figue.8Carte hyperthermique au niveau de la plaquette de la structure de caractérisation analogique
VI. Histoires de réussite
Les produits à volume élevé ont montré une tuile aberrante dont le rendement était inférieur à celui des autres (voir figure 9). Dans ce cas, le rouge représente les tuiles à faible rendement et le bleu, les tuiles à rendement supérieur.
- Fig. 9. Rendement initial au niveau SoC avec observation de tuiles aberrantes
Une analyse plus poussée utilisant des cartes thermiques a permis de découvrir qu'il s'agissait d'une signature systématique du bord de la plaquette pour la tuile aberrante située sur le bord inférieur gauche de la plaquette, là où cette tuile était adjacente au bord de la plaquette (voir figure 10). Ce signal a été signalé à la fonderie, qui a alors mis en œuvre une amélioration du procédé : des ajustements de lithographie optimisés sur le bord extrême de la plaquette. Le rendement global de la plaquette a ainsi été considérablement amélioré.
- Fig. 10. Observation au niveau de la plaquette d'une tuile aberrante sur le bord inférieur gauche de la plaquette
Avant la visualisation de l'hyper-carte thermique, l'analyse initiale de ce signal de rendement se concentrait sur la tuile elle-même, c'est-à-dire dans le mauvais sens dans ce cas. Une fois la corrélation du rendement des bords de la plaquette établie, le propriétaire concerné a pu immédiatement engager un processus d'amélioration continue.
VII. TRUCS ET ASTUCES
UN.Afficher les formes manquantes
Juste en dessous de la zone de sélection des colonnes dans la plateforme Graph Builder se trouve la case à cocher « Afficher les formes manquantes ». Cocher cette case permet d'afficher les contours des formes présentes dans les fichiers de définition, mais absentes de la table de données actuelle (voir figure 11). Cette option est utile pour repérer les données manquantes ou obtenir une vue d'ensemble de la carte.
- Fig. 11. Case à cocher Afficher les formes manquantes du générateur de graphiques
B.Activation des superpositions d'étiquettes de données
La possibilité de survoler les formes ou d'afficher des étiquettes par-dessus chaque forme est utile pour identifier rapidement les tendances. Un clic droit sur la ou les colonnes souhaitées et la sélection de « Étiqueter/Supprimer l'étiquette » pour la première fois permettent d'afficher les données de la colonne au survol des formes dans le Générateur de graphiques. Pour afficher les étiquettes de manière statique sur les formes, sélectionnez les lignes du tableau de données concerné et sélectionnez « Étiqueter/Supprimer l'étiquette » .
C.Automatisation avec filtres et sélecteur de colonnes
Lors de l'analyse de données volumiques, la recherche de tendances subtiles peut s'avérer complexe, et minimiser le nombre de clics est toujours utile. L'utilisation des fonctionnalités d'automatisation des filtres et de changement de colonnes (Graph Builder Red Arrow > Script) permet d'analyser efficacement de vastes volumes de données spatiales présentant des conditions variées.
D.Pagination de trame avec JMP12
La plateforme Graph Builder bénéficie de quelques améliorations fonctionnelles notables depuis la récente mise à jour JMP12, notamment la possibilité de diviser le rapport en plusieurs cadres grâce à la zone de dépôt de page . Placer une colonne de données dans cette zone génère plusieurs instances du cadre Graph Builder en fonction du nombre de valeurs uniques qu'elle contient. Le rapport peut être enregistré au format HTML interactif et partagé.
ET.Segmentation de trame avec zones de dépôt de groupe et d'enveloppement
Comme le montre l'exemple de l'hyper-carte thermique de wafer, les images peuvent être segmentées à l'aide de colonnes imbriquées dans les zones de dépôt Groupe X et Groupe Y. L'hyper-carte thermique de wafer utilise les coordonnées X et Y pour la segmentation, mais n'importe quelle colonne peut être utilisée. D'autres exemples fréquemment utilisés sont les points de test de tension, de température et de fréquence. La zone de dépôt Envelopper offre des fonctionnalités similaires avec une utilisation plus efficace de l'espace, mais l'imbrication des colonnes n'est pas disponible. Un clic droit sur les variables de groupe permet de sélectionner le nombre de niveaux à afficher pour zoomer efficacement sur les régions d'intérêt (voir figure 12).
- Fig. 12. Sélection des niveaux dans l'option d'affichage dansGroupeZones variables
F.Modification des paramètres de couleur du générateur de graphiques
Lors de l'analyse de données de superposition de cartes personnalisées, une simple modification des paramètres de couleur peut souvent accentuer considérablement l'apparence des motifs aberrants. Les auteurs recommandent d'utiliser un arrière-plan sombre (Graphique > Couleur d'arrière-plan) avec un thème de couleurs séquentiel pour les données unidirectionnelles (rendement, vitesse, etc.) et un thème de couleurs divergent pour les données bilatérales. Les thèmes de couleurs sont accessibles dans les Paramètres de dégradé par un clic droit sur la légende. Par défaut, le Générateur de graphiques ajoute une bordure grise autour de chaque forme, d'un pixel de large, ce qui peut masquer certaines formes plus petites. Pour supprimer cette bordure, faites un clic droit dans le cadre, sélectionnez Personnaliser > Formes de la carte et définissez la largeur de ligne sur zéro.
VIII. PROBLÈMES CONNUS ET PRÉCAUTIONS
- A. Les formes qui se chevauchent peuvent ne pas afficher la couleur souhaitée
Ce problème survient lorsque des formes définies dans la carte personnalisée présentent des zones qui se chevauchent. Dans la figure 13, les blocs acp et gnb partagent une zone commune, mais une seule couleur est utilisée. Il est important d'en tenir compte lors de la création de cartes personnalisées contenant des formes qui se chevauchent.
- Fig. 13. Superposition de couleurs incorrecte de deux formes superposées
- B. Faire glisser l'étiquette pour créer un pointeur affiche une ligne sans étiquette
La figure 14 montre comment le déplacement d'une étiquette souhaitée (bordure noire en pointillés) provoquait l'apparition d'une étiquette superflue (bordure rouge en pointillés) pour une ligne non étiquetée. Ce problème est corrigé dans JMP 12.
- Fig. 14. Faire glisser l'étiquette (noir) provoque l'apparition d'une ligne non étiquetée (rouge).
- C. La modification des niveaux dans la vue réinitialise les personnalisations du cadre
La figure 15 montre la progression de la première définition des personnalisations du cadre pour la vue par défaut, la sélection de quatre niveaux dans la vue avec l'une des variables de groupe , et enfin lors du retour à la vue d'origine, les personnalisations initialement appliquées sont perdues.
- Fig. 15. La modification du niveau de vue entraîne la perte des personnalisations du cadre
- D.Map Rôle Colonne Propriété et Tableaux récapitulatifs
Si une propriété Rôle de mappage est appliquée à une colonne et que la table de données est synthétisée (avec cette colonne), Graph Builder ne reconnaît pas cette propriété. Il indique simplement qu'aucun fichier de formes n'a été trouvé, bien qu'il ait été défini dans la propriété Rôle de mappage. La solution consiste à supprimer la propriété Rôle de mappage, puis à la rajouter. Par ailleurs, si le fichier est enregistré, fermé, puis rouvert, la propriété Rôle de mappage fonctionnera normalement.
- E. Impossible de mettre à jour la propriété du rôle de la carte
Lors de l'utilisation de la propriété de colonne « Rôle de la carte », il a été constaté qu'une fois la propriété définie et un fichier de définition de forme appliqué, la sélection d'un autre fichier ne mettait pas à jour les paramètres du nouveau fichier. De plus, la colonne de définition de forme ne peut pas être mise à jour. La solution consiste à supprimer la propriété « Rôle de la carte » et à la réajouter avec les nouveaux paramètres de fichier et de colonne.
IX. OPPORTUNITÉS D'AMÉLIORATION
Les cartes personnalisées de la plateforme Graph Builder se distinguent par leur performance exceptionnelle pour l'analyse des tendances corrélées aux données spatiales, grâce à une interface interactive exceptionnelle. Comme indiqué dans cet article, cette fonctionnalité a permis une analyse des causes profondes réussie, avec un impact financier réel. Son utilisation intensive révèle des avantages évidents, et quelques optimisations supplémentaires permettront d'obtenir de meilleurs résultats.
Vous trouverez ci-dessous quelques opportunités d’amélioration que les auteurs ont compilées en fonction de leurs expériences.
UN.Plus d'options pour les niveaux dans la vue
Graph Builder permet de segmenter la vue grâce à des zones de dépôt de groupe sur les axes X et Y. Le menu contextuel offre quelques options pour définir le nombre de niveaux de la vue, mais il est assez rigide (voir Figure 16). On souhaite souvent afficher plus de quatre niveaux (mais pas tous), mais cette option n'est pas disponible actuellement. Ce paramètre pourrait être modifié pour être dynamique en fonction du nombre de valeurs de la colonne de groupe.
- Fig. 16. Options de niveaux d'affichage limitées à 1-4 ou à tous
B.Prise en charge de la pagination multicolonne
Cette fonctionnalité est extrêmement utile pour parcourir rapidement plusieurs vues d'un simple défilement de la souris. Elle pourrait être optimisée en permettant de diviser les cadres en plusieurs colonnes, à l'instar de la fonction « Par » sur d'autres plateformes. La solution actuelle consiste à créer une nouvelle colonne et à concaténer les données de plusieurs colonnes pour obtenir différentes combinaisons. Cependant, une pagination sur plusieurs colonnes serait une solution plus simple.
X. REMERCIEMENTS
Les auteurs tiennent à remercier Paul Shook pour son aide dans l'ajout d'un format de sortie spécifique au logiciel de plan d'étage d'AMD, facilitant considérablement la conversion au format de carte personnalisé de JMP. Nous remercions également nos collègues analystes d'AMD pour leur aide dans l'évaluation de l'utilisation de cartes personnalisées pour la visualisation du rendement des SoC dans JMP.
AMD, le logo AMD Arrow et leurs combinaisons sont des marques commerciales d'Advanced Micro Devices, Inc. Les autres noms de produits utilisés dans cette publication sont uniquement à des fins d'identification et peuvent être des marques commerciales de leurs sociétés respectives.
