SSN（流式扫描网络）：重塑芯片可测试性设计的未来

SSN（流式扫描网络）：重塑芯片可测试性设计的未来

引言：传统DFT的挑战与SSN的诞生

随着芯片复杂度呈指数级增长，传统扫描链架构在测试数据量、测试时间和设计灵活性上逐渐暴露瓶颈。例如，超大规模SoC中全局扫描链的布线拥塞、异构IP核的独立测试需求，以及3D IC堆叠带来的访问难题，迫使DFT技术亟需革新。西门子推出的 Streaming Scan Network（SSN） ，作为新一代测试架构，以 “流式传输” 和 “核心自治” 为核心，为复杂芯片的测试难题提供了颠覆性解决方案。

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一、SSN技术解析：架构与工作流程

1. 架构组成

SSN采用分层设计，将芯片级测试控制与核心级测试执行解耦：

• SSN总线：高速并行数据通道，支持1至N位宽度配置，传输测试数据包（包含扫描输入、预期响应、掩码等）。总线与芯片引脚解耦，仅需少量顶层接口。
• 流式扫描主机（SSH） ：每个IP核或功能模块配备独立SSH，负责本地扫描操作（如移位、捕获、比较）和总线数据交互。
• IJTAG控制网络：基于IEEE 1687标准动态配置SSH，实现测试模式的实时切换。

2. 数据流与测试执行

• 数据封装：测试向量被打包为数据分组，通过SSN总线广播至所有SSH节点。
• 本地处理：SSH根据配置提取对应数据，执行扫描加载、响应捕获及片上比较，仅返回压缩后的通过/失败状态位。
• 动态带宽分配：SSN总线根据各核心需求动态分配带宽，避免传统方法中因固定通道导致的资源浪费（如图1）。

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二、SSN的核心优势：为何它是DFT的“游戏规则改变者”？

1. 测试效率的飞跃

• 数据量减少43%：片上比较技术省去完整响应传输，仅输出1位状态信号。
• 高频移位（400MHz+） ：SSN总线支持高频时钟，显著缩短测试周期。例如，英特尔实测显示测试时间减少36%。
• 全并行测试：不同IP核可同时测试，测试时间仅取决于最长单个核心的测试周期。

2. 设计灵活性与可扩展性

• 即插即用IP集成：新增IP核只需接入SSN总线，无需重构全局测试架构。
• 核心级配置独立：各IP核可独立设置压缩比（如EDT通道数），不受芯片引脚限制。

3. 物理实现优化

• 布线简化：1位总线即可满足传输需求，减少顶层信号拥塞。
• 时序收敛加速：本地SSH生成扫描使能（SE）、时钟等信号，避免全局信号的路由挑战。

4. 增强诊断与硅后测试

• 精准故障定位：SSN保留故障核心标识，支持反向映射至物理版图（结合Tessent Diagnosis）。
• 硅后应用扩展：通过SSN总线生成动态切换活动，用于HTOL（高加速寿命测试）等场景。

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三、SSN的典型应用场景

1. 超大规模SoC与Chiplet设计

在GPU、AI加速器等芯片中，SSN通过总线替代传统扫描链，解决多Die互连的测试访问难题。例如，某7nm GPU采用SSN后，测试数据量降低40%，且IP核增减不再影响顶层DFT架构。

2. 重复性IP模块测试

针对AI芯片中大量重复的计算单元，SSN支持“一次配置，多次复用”，测试成本与核心数量无关。

3. 3D IC与异构集成

兼容IEEE 1838标准，通过SSN总线连接不同堆叠层，实现跨Die测试资源的统一调度。

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四、实战案例：英特尔的数据印证

英特尔在14nm至10nm工艺节点中对比SSN与传统管脚复用方案，结果显示：

• 测试数据量减少36%-43%
• 测试周期数下降同等比例
• 设计迭代效率提升10-20倍（得益于自动化流程与解耦架构）

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五、未来展望：SSN与智能测试的融合

随着AI和ML技术的渗透，SSN的潜力将进一步释放：

• 自适应测试调度：AI算法实时分析功耗、温度，动态调整测试顺序与带宽分配。
• 预测性维护：结合硅后监控数据，SSN总线可成为芯片生命周期管理的“神经脉络”。

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结语：SSN——DFT革新的里程碑

SSN通过流式传输、核心自治和动态资源管理，不仅解决了传统DFT的固有痛点，更为未来芯片的复杂化、异构化测试铺平道路。对于设计团队而言，拥抱SSN意味着更短的上市时间、更低的测试成本，以及应对未知挑战的灵活性。在摩尔定律逐渐失效的今天，SSN这样的架构创新，正成为延续半导体行业增长的关键引擎。

延伸阅读：

• 西门子Tessent SSN白皮书
• IEEE 1687（IJTAG）标准详解