模塊化儀器以靈活彈性 應對市場測試挑戰

許多的半導體制造商，都會選擇購買所需要使用的測試設備。只不過，通常他們都是由于習慣，而不是透過全面縝密的評估與考慮后，來購買所需要的測試方案。在芯片研發的過程中，質量越來越重要，然而測試的成本，卻也是廠商對于整體產品研發過程最在意的考慮。此外，對于技術快速更迭，也使得半導體廠商不確定未來需要采用何種技術。面對這種種問題，半導體廠商需要重新考慮評估他們的測試方案。

使用測試儀器的主要考慮


 
圖一 : 傳統儀器與模塊化儀器在架構上，兩者都是相似的硬件組件，最主要的區別在于軟件所在的位置，以及使用上的友善性。（攝影／王岫晨）

根據益萊儲（Electro Rent）在測試儀器市場多年的經驗顯示，面對琳瑯滿目的測試儀器，客戶在選擇上仍存在著許多困惑，這顯示目前在測試儀器市場仍然存在著許多有待解決的問題。以下也例舉了四個客戶在使用測試儀器時，最常遇到的狀況。

需求突然增加
通常由于OEM的需求增加，導致生產廠商需要突然提高產量，這時候就需要額外的設備。但這種需求可能無法持續長久，因此這并非永久狀況，額外設備的投資可能會導致相關設備在其他時間變得多余。益萊儲認為，在經歷了多年來的產業周期性興盛和蕭條之后，制造商通常必須做好充分的準備，在隨著產品獲得商業吸引力而擴大生產規模的同時，也必須要保護自己以免受到過度投資的風險。一般來說，采用更靈活的測試解決方案，有助于降低過度投資風險，例如采用租賃的方式，或者透過高靈活彈性的模塊化儀器等。

管理受限預算
越來越多的無晶圓廠新創廠商也跟規模更大的大型企業一樣，需要能夠測試和驗證他們的組件與產品。但由于可用資源受限，使得這類新創廠商面臨著更大的財務限制。因此，避免大量前期投資的測試設備策略需求，是絕對正確也必要的作法。特別像是IC設計廠商也是如此，因為這類廠商的規模相對較小，工作上也具有較大的可變性，通常會需要在不同項目之間進行轉換，并且每個項目都會有本身獨特的測試要求。因此在這樣的情況下，彈性化的測試方案成為一個極具吸引力的選擇，也是分散成本來應對設備攤提周期的較佳財務規劃方式。

意外的測試需求
一般來說，項目預算通常是預先確定的，但是在項目的項目過程中，許多測試需求都可能會發生變化，這就需要額外的測試設備。然而在項目項目開始后，就很難再獲得測試設備的額外預算。一旦發生這樣的狀況，就可能會讓項目工程設計大打折扣。益萊儲認為，透過彈性化的測試設備，即可獲得完成項目所需的最新測試技術。這樣就避免了可能阻礙項目進展的冗長的資本支出審核過程，也可以避免因為一時的需求，購買了未來可能不再需要的設備。

適應快速變革的技術
市場上各類新的技術與標準不斷推出發布，尤其是必須支持的嵌入式接口和無線通信標準。購買的測試設備有可能很快過時，因此更具適應性的測試設備采購策略方為上策。透過正確組合采購方案，可以分散購買成本和風險，并促進研發進度，如此方能更快地適應市場與技術的快速變化。如此一來，半導體廠商就可運用靈活性來有效利用潛在的業務機會，并且避免因過度投資而使自身陷入財務的窘境。

益萊儲指出，在嚴峻的成本與物流壓力下，半導體廠商也必須制定更符合其實際需求的測試設備采購策略。他們需要采用更多的采購靈活性與遺棄的應用彈性，而不是堅持根據情況購買新設備的傳統方法。這樣能夠應對特定項目的需求，或者關注潛在的測試重點項目，并避免因購買冗余測試設備而承擔財務成本的負擔風險。

值得注意的是，今日的芯片短缺現況，正在影響OEM工程師開發先進系統解決方案的能力。為了防止生產停滯，避免錯過更多的商機，設計過程往往需要在短時間內反復重頭進行。因此，半導體廠商在測試過程中必須運用更大的儀器彈性與靈活性，因此可以靈活地將現有的測試設備，更換為與新興設計工作更相關的測試設備。

軟件定義模塊化儀器


 
圖二 : 模塊化儀器可提供更換不同功能模塊的彈性。（攝影／王岫晨）

設備復雜化和技術的融合已經成為趨勢，這也使得測試系統必須更加靈活與彈性。測試系統必須適應時間的變化，成本壓力更使得測試設備必須具備更長的壽命。要實現這些目標，最好的方法就是透過軟件定義的模塊化儀器架構。

模塊化儀器與傳統的桌上型儀器有類似之處，兩者都有測量硬件、機箱、電源、總線、處理器、操作系統和用戶接口等。因為這些架構都使用相同的基本組件，所以從純硬件的角度來看，最明顯的差異在于組件的封裝方式。傳統的桌上型儀器將每個分立儀器的所有組件都放在同一個箱盒里，軟件與使用接口都是固定在儀器本身當中。

至于軟件定義的虛擬儀器，則可以由用戶透過硬件的原始數據，來定義測量行為與和使用接口。軟件定義的優勢在于讓使用者可以進行自定義測量，針對新興標準執行測試，或者在需求發生變化時修改系統（例如增加儀器、信道數或待測物）。一般來說，用戶定義的軟件可以應用特定應用的硬件，它可以與通用的模塊化硬件進行搭配，以充分發揮測量軟件的靈活性和性能。這種高靈活性、用戶定義的軟件，以及可擴展的硬件組件的搭配，是模塊化儀器的核心。

模塊化儀器可以采用多種形式，在一個模塊化儀器系統中，許多組件（例如機箱和電源）都可以在儀器模塊之間共享，而不需要為每個儀器的需要去重復設置這些組件。模塊化儀器的模塊還可以包括不同類型的硬件，包括示波器、函數產生器、邏輯分析或者射頻等。在某些情況下，測量用的硬件模塊只是安裝在主機外圍接口或插槽之一的外圍設備，再由主機來提供用于軟件執行運算的處理器，以及用于電源和I/O接口的機箱?；旧峡梢哉f，傳統儀器與和模塊化儀器在架構上，兩者都是相似的硬件組件，最主要的區別在于軟件所在的位置，以及用戶使用時的友善性。

結語
半導體廠商必須藉由提高產量來滿足市場需求，同時又必須避免在市場高峰期之后出現的投資過度狀況。面對成本壓力，半導體廠商往往必須讓成本支出維持更好的效率，這使得半導體產業必須擁有新的投資策略，特別是針對昂貴的測試儀器。為了改變現有的半導體測試現狀，測試儀器也必需要應對市場所面臨的挑戰。更為靈活、彈性的測試方案，將能有助半導體廠商控制成本，同時保持生產的靈活性，以抓住稍縱即逝的市場商機。