Một gói chip AI gồm logic, HBM và chiplet được kiểm tra như thế nào?

Kiểm tra một gói chip AI không chỉ là bật nguồn rồi xem thiết bị có chạy hay không. Trước khi hình thành gói, các die đã cần được sàng lọc. Sau khi ghép, phải kiểm tra thêm phần kết nối. Khi vận hành, còn cần xem tổ hợp có hoạt động đúng dưới tải dự kiến hay không.

Cần làm rõ cách gọi: logic là phần mạch xử lý; HBM là bộ nhớ băng thông cao; chiplet là die đảm nhiệm một phần chức năng trong thiết kế nhiều die. Một chiplet có thể chứa logic, nên ba từ này không biểu thị ba nhóm hoàn toàn tách biệt.

Chặng đầu: Xác nhận các thành phần trước lắp ráp

Trong quy trình dịch vụ của Intel Foundry, wafer sort dùng tester và prober đo từng die khi còn trên wafer. Die sort tiếp tục kiểm tra linh kiện đã tách. Đây là các vị trí để xác nhận linh kiện phù hợp trước khi đưa vào một cấu trúc có giá trị lớn hơn.

Logic cần được kiểm tra theo chức năng và đặc tính điện. Bộ nhớ cần kiểm tra khả năng lưu và đọc dữ liệu theo chương trình đo. Không thể dùng một danh sách phép thử duy nhất cho mọi die vì mục tiêu và cách tiếp cận tín hiệu khác nhau.

Theo Advantest, HBM gồm nhiều chip DRAM xếp chồng. Vì vậy, bộ nhớ trong gói cũng có các lớp cấu trúc và kết nối riêng cần được xác nhận; việc kiểm tra một thành phần đơn không thay cho đánh giá cả cụm.

Chặng giữa: Các die tốt có được ghép đúng không?

Giả sử các die đều vượt qua sàng lọc. Khi lắp ráp, hệ thống tạo thêm những điểm nối và đường truyền. Các phần mới ấy chưa tồn tại trong phép đo từng die, nên phải được kiểm chứng sau khi hình thành.

Teradyne mô tả các điểm kiểm tra trung gian ở cấu trúc đã lắp một phần, bao gồm kết nối chiplet, các điểm nối nhỏ và đường dẫn trên interposer. Mục tiêu là tìm lỗi trước khi tổ hợp đi sâu hơn vào công đoạn tiếp theo.

Một ví dụ giả định là hai die xử lý đúng riêng lẻ nhưng truyền dữ liệu không đúng sau ghép. Kiểm tra lại phép tính trên từng die có thể không trả lời được vấn đề. Nhóm kỹ thuật cần bài đo đánh giá chính đường kết nối giữa chúng.

Chặng sau: Đánh giá gói hoàn chỉnh

Advantest phân biệt kiểm tra ở cấp wafer, die, package và hệ thống. Package test xác nhận thiết bị sau đóng gói theo đặc tính và chức năng cần có, trong đó có kiểm tra dưới các điều kiện nhiệt phù hợp.

Trong thực tế, thứ tự và số lần đo thay đổi theo kiến trúc. Không phải mọi gói đều có cùng một điểm kiểm tra trung gian hoặc chương trình burn-in. Những lựa chọn ấy cần dựa vào rủi ro lỗi, khả năng tiếp cận và chi phí của từng dây chuyền.

DFT, tức thiết kế để kiểm thử, hỗ trợ tạo đường đưa tín hiệu kiểm tra vào bên trong và quan sát phản hồi. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi phần cần đo không còn tiếp xúc trực tiếp được từ ngoài sau khi tích hợp.

Chặng hệ thống: Phần cứng và phần mềm có làm việc cùng nhau không?

System-level test đưa thiết bị vào điều kiện gần sử dụng thực tế hơn. Teradyne nêu khả năng tìm các vấn đề cấp điện, nhiệt, kết nối và tích hợp firmware hoặc phần mềm. Lớp này bổ sung bối cảnh mà các phép đo riêng không nhất thiết tái tạo.

Có thể hình dung một gói vượt qua bài đo ngắn nhưng gặp vấn đề khi bộ xử lý và bộ nhớ hoạt động đồng thời kéo dài. Tình huống minh họa ấy cho thấy vì sao “từng phần đạt” chưa đủ để trả lời “tổ hợp đạt”.

SLT vẫn không phải sự bảo đảm rằng mọi tình huống trong nhiều năm sử dụng đã được mô phỏng. Nó tạo thêm bằng chứng theo tải và điều kiện được chọn. Phạm vi ấy cần được đọc cùng yêu cầu của sản phẩm.

Mỗi chặng phải cung cấp thông tin khác nhau

Để đánh giá một quy trình kiểm tra, cần biết phép đo tìm lỗi gì, tại sao đặt ở chặng đó và lỗi lọt qua sẽ gây tổn thất nào. Lặp lại cùng một phép đo nhiều lần chưa chắc hữu ích bằng bổ sung một phép đo đúng vào cấu trúc vừa hình thành.

Quy trình tốt nối được ba câu trả lời: linh kiện trước ghép có phù hợp, kết nối sau ghép có đúng và tổ hợp có hoạt động theo yêu cầu hay không. Dữ liệu từ các chặng cần quay về thiết kế và sản xuất để tìm nguyên nhân, thay vì chỉ dừng ở việc loại sản phẩm không đạt.

Hình minh họa prober và handler: Advantest. Các ví dụ là giả định giải thích; sơ đồ không mô tả toàn bộ luồng kiểm thử của một gói AI cụ thể.