模块化仪器以灵活弹性 应对市场测试挑战

许多的半导体制造商，都会选择购买所需要使用的测试设备。只不过，通常他们都是由于习惯，而不是透过全面缜密的评估与考虑后，来购买所需要的测试方案。在芯片研发的过程中，质量越来越重要，然而测试的成本，却也是厂商对于整体产品研发过程最在意的考虑。此外，对于技术快速更迭，也使得半导体厂商不确定未来需要采用何种技术。面对这种种问题，半导体厂商需要重新考虑评估他们的测试方案。

使用测试仪器的主要考虑


 
图一 : 传统仪器与模块化仪器在架构上，两者都是相似的硬件组件，最主要的区别在于软件所在的位置，以及使用上的友善性。（摄影／王岫晨）

根据益莱储（Electro Rent）在测试仪器市场多年的经验显示，面对琳琅满目的测试仪器，客户在选择上仍存在着许多困惑，这显示目前在测试仪器市场仍然存在着许多有待解决的问题。以下也例举了四个客户在使用测试仪器时，最常遇到的状况。

需求突然增加
通常由于OEM的需求增加，导致生产厂商需要突然提高产量，这时候就需要额外的设备。但这种需求可能无法持续长久，因此这并非永久状况，额外设备的投资可能会导致相关设备在其他时间变得多余。益莱储认为，在经历了多年来的产业周期性兴盛和萧条之后，制造商通常必须做好充分的准备，在随着产品获得商业吸引力而扩大生产规模的同时，也必须要保护自己以免受到过度投资的风险。一般来说，采用更灵活的测试解决方案，有助于降低过度投资风险，例如采用租赁的方式，或者透过高灵活弹性的模块化仪器等。

管理受限预算
越来越多的无晶圆厂新创厂商也跟规模更大的大型企业一样，需要能够测试和验证他们的组件与产品。但由于可用资源受限，使得这类新创厂商面临着更大的财务限制。因此，避免大量前期投资的测试设备策略需求，是绝对正确也必要的作法。特别像是IC设计厂商也是如此，因为这类厂商的规模相对较小，工作上也具有较大的可变性，通常会需要在不同项目之间进行转换，并且每个项目都会有本身独特的测试要求。因此在这样的情况下，弹性化的测试方案成为一个极具吸引力的选择，也是分散成本来应对设备摊提周期的较佳财务规划方式。

意外的测试需求
一般来说，项目预算通常是预先确定的，但是在项目的项目过程中，许多测试需求都可能会发生变化，这就需要额外的测试设备。然而在项目项目开始后，就很难再获得测试设备的额外预算。一旦发生这样的状况，就可能会让项目工程设计大打折扣。益莱储认为，透过弹性化的测试设备，即可获得完成项目所需的最新测试技术。这样就避免了可能阻碍项目进展的冗长的资本支出审核过程，也可以避免因为一时的需求，购买了未来可能不再需要的设备。

适应快速变革的技术
市场上各类新的技术与标准不断推出发布，尤其是必须支持的嵌入式接口和无线通信标准。购买的测试设备有可能很快过时，因此更具适应性的测试设备采购策略方为上策。透过正确组合采购方案，可以分散购买成本和风险，并促进研发进度，如此方能更快地适应市场与技术的快速变化。如此一来，半导体厂商就可运用灵活性来有效利用潜在的业务机会，并且避免因过度投资而使自身陷入财务的窘境。

益莱储指出，在严峻的成本与物流压力下，半导体厂商也必须制定更符合其实际需求的测试设备采购策略。他们需要采用更多的采购灵活性与遗弃的应用弹性，而不是坚持根据情况购买新设备的传统方法。这样能够应对特定项目的需求，或者关注潜在的测试重点项目，并避免因购买冗余测试设备而承担财务成本的负担风险。

值得注意的是，今日的芯片短缺现况，正在影响OEM工程师开发先进系统解决方案的能力。为了防止生产停滞，避免错过更多的商机，设计过程往往需要在短时间内反复重头进行。因此，半导体厂商在测试过程中必须运用更大的仪器弹性与灵活性，因此可以灵活地将现有的测试设备，更换为与新兴设计工作更相关的测试设备。

软件定义模块化仪器


 
图二 : 模块化仪器可提供更换不同功能模块的弹性。（摄影／王岫晨）

设备复杂化和技术的融合已经成为趋势，这也使得测试系统必须更加灵活与弹性。测试系统必须适应时间的变化，成本压力更使得测试设备必须具备更长的寿命。要实现这些目标，最好的方法就是透过软件定义的模块化仪器架构。

模块化仪器与传统的桌上型仪器有类似之处，两者都有测量硬件、机箱、电源、总线、处理器、操作系统和用户接口等。因为这些架构都使用相同的基本组件，所以从纯硬件的角度来看，最明显的差异在于组件的封装方式。传统的桌上型仪器将每个分立仪器的所有组件都放在同一个箱盒里，软件与使用接口都是固定在仪器本身当中。

至于软件定义的虚拟仪器，则可以由用户透过硬件的原始数据，来定义测量行为与和使用接口。软件定义的优势在于让使用者可以进行自定义测量，针对新兴标准执行测试，或者在需求发生变化时修改系统（例如增加仪器、信道数或待测物）。一般来说，用户定义的软件可以应用特定应用的硬件，它可以与通用的模块化硬件进行搭配，以充分发挥测量软件的灵活性和性能。这种高灵活性、用户定义的软件，以及可扩展的硬件组件的搭配，是模块化仪器的核心。

模块化仪器可以采用多种形式，在一个模块化仪器系统中，许多组件（例如机箱和电源）都可以在仪器模块之间共享，而不需要为每个仪器的需要去重复设置这些组件。模块化仪器的模块还可以包括不同类型的硬件，包括示波器、函数产生器、逻辑分析或者射频等。在某些情况下，测量用的硬件模块只是安装在主机外围接口或插槽之一的外围设备，再由主机来提供用于软件执行运算的处理器，以及用于电源和I/O接口的机箱。基本上可以说，传统仪器与和模块化仪器在架构上，两者都是相似的硬件组件，最主要的区别在于软件所在的位置，以及用户使用时的友善性。

结语
半导体厂商必须藉由提高产量来满足市场需求，同时又必须避免在市场高峰期之后出现的投资过度状况。面对成本压力，半导体厂商往往必须让成本支出维持更好的效率，这使得半导体产业必须拥有新的投资策略，特别是针对昂贵的测试仪器。为了改变现有的半导体测试现状，测试仪器也必需要应对市场所面临的挑战。更为灵活、弹性的测试方案，将能有助半导体厂商控制成本，同时保持生产的灵活性，以抓住稍纵即逝的市场商机。