Robert Murphy ( 墨菲 )，Advanced Micro Devices 技術人員
Jason Paquette ( 傑森·帕奎特 )，Advanced Micro Devices 產品開發工程師
摘要— 為了最大限度地利用設計資源並最大限度地縮短產品上市時間，系統單晶片 (SoC) 設計採用了大量功能模組重複使用。這種重用為區塊層級的效能和產量比較提供了基礎，從而實現了有針對性的調試和進一步的最佳化機會。本文介紹了使用 JMP 的 Graph Builder 平台產生自訂地圖的過程。該技術為利用高度互動的工具探索空間驅動訊號提供了一種有價值的方法。透過釋放 JMP 中自訂地圖的強大功能來推動流程改善。
索引詞——自訂地圖、超熱圖、根本原因分析、SoC、系統單晶片、產量。
一、引言
當今的 SoC 通常是一種相對較大的設備，採用尖端的半導體製程技術構建，以追求不斷提高的性能和功率效率。它由一系列複製區塊和唯一區塊組成，可實現各種晶片功能，例如 I/O、計算和圖形。這些塊可以根據它們在晶片上的物理位置來表示為一張地圖。透過在 JMP 中使用此類地圖作為自訂地圖，工程師或分析師可以創建強大的視覺化功能，從而更快地調試流程、測試或產量問題。反過來，這有利於更快地提高產量和質量，從而更快地獲得新產品設計的投資回報 (ROI)。透過在 Graph Builder 中根據晶圓上的實體位置組合基於晶片的熱圖，可以揭示先前未被注意到的效果。這是因為許多半導體製造挑戰在很大程度上依賴晶圓內的空間位置，例如中心或邊緣效應。清楚說明這些位置依賴關係可以大幅縮小潛在根本原因的範圍，並加速流程改善。
二.使用自訂地圖的好處
目前，工程師或分析師可以選擇各種工具來識別異常響應。其中一些範例包括直方圖和箱線圖。儘管這些工具很有價值並且被廣泛使用，但它們缺乏說明物理定位的能力，因此無法更快地識別模式。了解這些模式有助於減少後續分析和根本原因隔離的範圍，從而縮短調試和提高產量的周轉時間。
雖然本文重點關注半導體產業，但自訂地圖的應用在許多具有空間訊號的環境中都很有用。
三在 JMP 中創建自訂地圖
JMP 中自訂地圖形狀的生成是透過逐一連接每個形狀的頂點來完成的。為了實現這一點，JMP 需要兩個定義檔案形式的頂點座標資訊：「-Name」檔案和「-XY」檔案。 「-Name」檔案包含所需的數字形狀 ID和名稱列，「-XY」檔案包含形狀 ID、部分 ID 以及頂點的 X和Y座標。形狀 ID列將「-XY」檔案中的座標與「-Name」檔案中的形狀名稱連結。
如果有頂點座標，則可以透過幾個步驟產生「-Name」和「-XY」檔案。
匯總座標文件，以便每個形狀在資料表中佔據一行。按升序（從一開始）建立一個「形狀 ID」列，為每個形狀提供唯一的 ID。形狀 ID 必須是表格中的第一列。將表格儲存為“ $$$ -Name.jmp”，其中$$$是選定的前綴。在此文件中，應該有一個用戶友好的名稱列來表示每個形狀。在此列的列屬性中，選擇「地圖角色」並將其設定為「形狀名稱定義」（見圖1）。這是一個重要的步驟，因為此列中的值將用於連結覆蓋的原始資料。
- 圖。1。形狀名稱定義地圖角色屬性設定
在原始座標表仍然開啟的情況下，合併剛剛建立的唯一形狀 ID 列，並按形狀 ID 升序對資料表進行排序。將資料表儲存為“ $$$ -XY.jmp”，其中$$$必須與“-Name”檔案使用的前綴相同。
這個 '-XY' 檔案需要四個必填列，形狀 ID ， X ， Y和零件 ID 。在當前狀態下，該文件應該包含所有這些信息，並且可能只需要重新命名列。但是，它將缺少零件 ID列。此列主要告訴 JMP 某些形狀是否有多個獨立的部分，例如由多個島嶼組成的夏威夷州。通常情況下，每個形狀只有一個部分。在這些情況下，零件 ID 欄位可以全部設定為 1。 X和Y列包含每個形狀中每個頂點的座標。值得強調的一個細節是，「-XY」檔案中每個形狀的頂點出現的順序很重要，因為如果配置錯誤，可能會導致形狀的不準確表示。使用“-XY”映射文件，JMP 追蹤從一個頂點到另一個頂點的形狀（從文件中的第一行開始到最後一行）。每個新的形狀 ID 或部分 ID 都會開始一條新的軌跡。圖 2 顯示了頂點的順序如何對描繪簡單矩形形狀產生影響的範例。
- 圖。2。形狀的正確和不正確的頂點排序
如果原始座標資料在多種類型的自訂地圖中一致，則使用 JMP 腳本語言 (JSL) 腳本建立「-XY」和「-Name」形狀定義檔會很有用。
有關自訂地圖生成的更多信息，請查看以下資源：幫助>幫助內容>基本圖形>創建地圖>圖形生成器>自訂地圖檔案。
最後要注意的一點是，「-Name」和「-XY」形狀定義檔必須保存在同一目錄中，並使用相同的前綴，以便將映射正確運行。
四個自訂地圖使用
配置定義檔後，資料就可以導入JMP。在 Graph Builder 中視覺化資料之前，需要進行最後的準備步驟以將資料與自訂地圖定義檔連結。資料中必須有一列的值與「-Name」檔案中定義的形狀名稱定義列中的值完全匹配，否則 JMP 將無法連結自訂地圖。
若要將資料表連結到自訂地圖，請開啟資料表中儲存形狀名稱的資料列的列屬性。在“地圖角色”屬性中，請確保選擇了“形狀名稱使用”選項，並選擇“-Name”檔案作為“地圖名稱資料表”，並選擇適當的形狀定義列（請參閱圖 3）。請注意，在 JMP11 中，這些選項沒有互動式文件對話方塊來搜尋「-Name」文件，因此需要將其複製並貼上或輸入到文字方塊中（包括「.jmp」副檔名）。
- 圖。3。形狀名稱使用地圖角色檔案選擇
JMP 也支援將「-Name」和「-XY」檔案放在軟體自動檢查的特定目錄中。然而，在我們的應用程式中，我們在不同的 SoC 產品中使用具有不同映射的相同形狀名稱。因此，為了避免名稱衝突，我們採用文件選擇方法。請參閱 JMP 的協助，根據您的電腦作業系統尋找自動目錄位置。
完成所有準備工作後，打開圖形產生器並將連結的形狀列從資料表拖曳到視窗左下角的地圖形狀放置區（請參閱圖 4）。然後，JMP 將使用資料表中找到的所有形狀實例（這些實例也可以在形狀定義檔中找到）填入顯示內容。
- 圖。4。圖形產生器地圖形狀放置區位置
在某些情況下，在資料表中找到的某些形狀無法被形狀定義檔識別，這可能是由於名稱不相同、命名約定不同，或根本沒有列出。這些無法辨識的形狀顯示在「圖形產生器」視窗的底部，顯示為「未找到地圖形狀」（見圖 5）。合併這些缺少的形狀需要修改資料以匹配形狀定義檔或更新形狀定義檔本身。
- 圖。5。當資料中的形狀無法辨識時圖形產生器顯示
此時，資料列可以拖曳到顏色放置區，該區域會根據列資料和建模類型提供適當的顏色覆蓋。
下一節將介紹幾個詳細的範例，概述不同的用例場景和成功案例。
五、實施例
- A. 產量數據
與介紹相呼應，在 SoC 設計中塊重用的好處是可以比較各個塊的性能和產量。在區塊層級上部署的測試程序非常常見，例如掃描（觸發器和通用邏輯）和內建自檢（BIST，記憶體測試和修復）。對於 SoC 來說，這些區塊被稱為「Tile」。圖 6 透過匯總數千個單元的結果來描述每個瓷磚特定測試的產量。紅色瓷磚（白色編號）是產量較低的異常瓷磚，值得更多關注。下一小節將顯示，還有另一種力量在推動這些異常值，但在該視圖中並不明顯。
- 圖。6。帶有異常值的 SoC Tile 良率熱圖
- B. 超熱圖
繼續前面的產量範例，有一組明顯的異常塊。但尚不清楚它們到底出了什麼問題。圖 7 描繪了超熱圖，該熱圖嵌套了晶圓上每個晶片位置的每個 SoC 圖塊視圖，利用了X 組和Y 組放置區。人口稀少的模具位置的磁磚故障率較低。圖 6 中的編號異常值已新增至圖 7 中，表示導致這些區塊產量較低的晶片位置。對於圖塊1 、 2和3 ，主要原因是它們是與晶圓的某些晶片 X、Y 位置的邊緣相鄰的角圖塊。當這些磚塊緊鄰晶圓邊緣時，它們會受到晶圓製造過程中的邊緣影響，而這種影響不會發生在晶圓的其他區域。為了更清楚地查看包含許多物件的超熱圖，過濾掉顏色變數的基線或預期水平可能會有所幫助。圖7就是透過這種方式進行過濾的。 Tile 4產量下降主要集中在晶圓的中心，該處也存在因製造製程而產生的已知變化效應。製造過程會導致晶圓上出現各種不均勻性，這種不均勻性通常在中心或邊緣區域更為嚴重。透過這種超級熱圖，人們可以快速了解問題區域在哪裡，而無需花費資源來確定瓷磚本身是否需要設計最佳化。
- 圖。7。透過過濾基準良率來突顯異常晶片位置的晶圓級超熱圖
- C. 參數數據
圖 8 是如何在晶圓級超熱圖上視覺化參數資料的範例。所示的每個圖塊均包含一個模擬測量結構，其值用作與設備性能相關的指標。資料表包含數百個晶圓，這個特定的視圖顯示了晶圓上每個晶片位置處每個圖塊的測量值的平均值。透過覆蓋層描繪的同心圓可以清楚地看出製造過程的熟悉殘餘。
- 圖。8。模擬特性結構的晶圓級超熱圖
六成功案例
大批量產品顯示出明顯的異常瓷磚產量低於其他瓷磚（見圖9）。在這種情況下，紅色代表產量較低的瓷磚，藍色代表產量較高的瓷磚。
- 圖9。透過異常 Tile 觀察實現初始 SoC 級良率
利用熱圖進行進一步分析發現，這是晶圓左下緣異常塊的系統性晶圓邊緣特徵，與晶圓邊緣相鄰（見圖 10）。這個訊號引起了代工廠的注意，促使他們實施了製程改進——優化晶圓最邊緣的光刻調整。由於這項製程的改進，晶圓整體產量顯著提高。
- 圖 10. 晶圓級左下角晶圓邊緣異常塊的觀察
在超熱圖視圖之前，對該產量訊號的初步調查集中在圖塊本身上，即在這種情況下是錯誤的方向。一旦晶圓邊緣產量相關性明確，正確的所有者就能夠立即開始持續改善工作。
七提示和技巧
一個。顯示缺失的形狀
在圖形產生器平台中的列選擇框的正下方，有一個名為「顯示缺失形狀」的複選框。選擇此項目將在顯示幕上填入定義檔中存在但在目前資料表中找不到的形狀輪廓（請參閱圖 11）。這對於發現缺少的數據或獲取地圖的整體情況很有用。
- 圖 11. 圖形產生器顯示缺失形狀複選框
B.啟用資料標籤疊加
啟用將滑鼠懸停在形狀上或在每個形狀上方顯示標籤的功能對於快速識別模式很有用。右鍵單擊所選的列並首次選擇標籤/取消標籤，將滑鼠懸停在圖形產生器中的形狀上時會顯示列資料。若要靜態顯示形狀上的標籤，請選擇感興趣的資料表中的行，然後選擇「標籤/取消標籤」 。
C.使用過濾器和列切換器實現自動化
在分析體積資料時，搜尋細微的模式可能是一項繁重的任務，盡量減少滑鼠點擊的次數總是有幫助的。利用篩選器自動化和列切換器功能（圖形產生器紅色箭頭>腳本）是掃描具有不同條件的大量空間資料的有效方法。
D.使用 JMP12 進行框架分頁
隨著最近的 JMP12 更新，圖形產生器平台在功能上有一些明顯的升級，即能夠使用頁面放置區拆分為多個框架。將資料列放入此放置區將根據該列中找到的唯一值的數量產生圖形產生器框架的多個實例。此報告可以儲存為互動式 HTML 文件以便共用。
和。使用群組和包裹拖放區進行訊框分割
如晶圓超熱圖範例所示，可以使用第十組和Y 組放置區內的巢狀列對框架進行細分。晶圓超熱圖使用晶片 X 和 Y 座標進行分割，但可以使用任意列。其他經常使用的例子是電壓測試點、測試溫度和頻率測試點。 裹放置區具有類似的功能，且空間利用率較高，但不提供列嵌套。右鍵點選群組變量，使用者可以選擇視圖中的層級數，以有效放大感興趣的區域（見圖 12）。
- 圖 12. 在視圖選項中選擇級別團體變數區
F.修改圖形產生器顏色設定
在分析自訂地圖疊加資料時，通常會對顏色設定進行簡單的修改就可以顯著強調異常模式的出現。作者建議對單向資料（產量、速度等）使用深色背景（圖形>背景顏色）和連續顏色主題，對雙向資料使用發散顏色主題。可以透過右鍵點擊圖例在漸層設定中存取顏色主題。預設情況下，圖形產生器會在每個形狀周圍添加灰色邊框，寬度為一個像素，這可能會遮擋一些較小的形狀。若要刪除此邊框，請在框架中按滑鼠右鍵，並選擇“自訂”>“地圖形狀”，然後將線寬變更為零。
八、已知問題及注意事項
- A. 重疊形狀可能無法顯示所需顏色
當自訂地圖中定義的形狀具有重疊區域時，就會發生這種情況。在圖 13 中， 非盟和根尖區塊共享一個公共區域，但只使用一種顏色。在建立包含任何重疊形狀的自訂地圖時要注意這一點。
- 圖 13. 兩個重疊形狀的顏色疊加不正確
- B. 拖曳標籤以建立指標顯示未標記的行
圖 14 顯示了拖曳所需標籤（黑色虛線邊框）如何導致未標記行出現多餘的標籤（紅色虛線邊框）。此問題已在 JMP 12 中修復。
- 圖 14.拖曳標籤（黑色）導致出現未標記的行（紅色）。
- C.變更視圖中的層級會重設框架自訂
圖 15 顯示了首先設定預設視圖的框架自訂、使用其中一個群組變數選擇視圖中的四個層級、最後在移回原始視圖時，最初套用的自訂將會遺失的進程。
- 圖 15.更改視圖功能中的層級會導致框架自訂遺失
- D.Map角色列屬性及總表
如果某列套用了「地圖角色」屬性，且資料表已匯總（包含該列），則圖形產生器無法辨識該列屬性。它只是表明沒有找到形狀文件，儘管它已在 Map Role 屬性中定義。解決方法是刪除 Map Role 屬性並重新新增它。或者，如果檔案已儲存、關閉並重新打開，那麼 Map Role 屬性將會如預期運作。
- E. 無法更新映射角色屬性
使用「地圖角色」列屬性時，可以觀察到，一旦設定了屬性並套用了形狀定義文件，則更改以選擇其他文件將不會更新到新文件的設定。此外，形狀定義列無法更新。解決方法是刪除 Map Role 屬性，然後使用新的檔案和列設定再次新增它。
九提昇機會
Graph Builder 平台中的自訂地圖在分析與空間資料相關的模式方面表現出色，並具有出色的互動介面。如本文所述，此功能可成功進行根本原因分析，進而產生實際的財務影響。隨著此功能的廣泛使用，其收益是顯而易見的，並且透過一些優化來擴展其實用性只會帶來更好的結果。
以下是作者根據自己的經驗總結的一些增強機會。
一個。視圖中更多層級的選項
圖形產生器提供了使用X 軸和Y軸上的團體放置區來分割視圖的能力。右鍵選單提供了一些用於設定視圖中等級數量的選項，但它相當嚴格（請參閱圖 16）。通常需要查看四個以上的等級（但少於全部），但目前該選項不存在。這可以根據組列中的值的數量改變為動態的。
- 圖 16. 視圖選項中的等級限制為 1-4 或全部
B.支援多列分頁
這是一個非常有用的功能，只需滾動滑鼠即可快速掃描多個視圖。如果該功能可以允許多個欄位來拆分框架，則可以進一步最佳化該功能，類似於其他平台中的「按」功能。目前的解決方法是建立一個新列並將來自多個列的資料連接在一起以獲得不同的組合，但多列分頁將是一個更清晰的解決方案。
十、致謝
作者要感謝 Paul Shook 提供的幫助，他為 AMD 的平面圖軟體添加了一種特殊的輸出格式，這對轉換為 JMP 的自訂地圖格式有很大幫助。此外，我們也要感謝 AMD 的分析師同事們幫助我們評估在 JMP 中使用自訂地圖進行 SoC 產量視覺化。
AMD、AMD 箭頭標誌及其組合是 Advanced Micro Devices, Inc. 的商標。本出版物中使用的其他產品名稱僅用於識別目的，可能是其各自公司的商標。
