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什么是半导体产品生命周期管理?

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产品生命周期管理 (PLM) 和半导体行业一直是分开的,整合它们的压力越来越大。汽车、工业物联网、医疗和其他行业将其视为管理其业务许多方面的唯一方法,就目前而言,半导体是该方法中的一个大“黑匣子”。


技术空间是由自上而下和自下而上的过程混合驱动的。在创新驱动的领域,自下而上往往更受欢迎,在这些领域,快速和灵活被认为比按时和按预算更重要。自上而下的流程在大型系统和工业开发中占主导地位,它们正在成为控制公司内部产品的首选方式——尤其是在处理大型衍生产品组合时。


半导体硬件和软件开发长期以来一直属于自下而上的类别,尽管它们引入了比过去更多的形式主义。随着敏捷方法的加入,软件也发生了变化。需求管理、验证管理、修订控制和错误跟踪都已就位,并且会随着时间的推移而扩展。反馈回路存在于开发和制造周期的许多部分,以便系统性问题可以通过过程反馈并得到纠正。


芯片在汽车、医疗和军用 / 航空工业中的使用越来越多,对开发流程提出了新的要求,虽然通常被半导体开发团队视为负担,但 PLM 流程正被纳入并视为先决条件拿到生意。


当查看具有许多复杂部件的大型系统时,以及当公司需要确保它们满足华尔街给出的收益预期时,确切地知道一切都在哪里变得至关重要。最高管理层希望能够看到公司各个方面的目标取得进展,有些人认为半导体行业已经摆脱了他们草率的流程太久了。“这通常是一个自上而下的决定,” Cadence Allegro Pulse 产品管理和工程组总监 Mark Hepburn 说。“它很少从工程开始。C 级表示,我们需要更好的控制,更好地了解我们的整体解决方案才能具有竞争力。然后它基本上交给电子产品人员,他们必须遵守。”


由于管理层考虑重新分配制造业务,例如希望将半导体业务从一家代工厂转移到另一家,或转移到不同的国家,最近的供应链中断给火上浇油。根据达索系统的 Kalypso 出版物,“要实现真正的创新成果转化,所有半导体公司现在都必须超越产品数据管理 (PDM),并更加重视一次性设计成功、高效的产品引入和制造灵活性。”


什么是PLM


Cadence 的 Mark Hepburn 提供了入门。“PLM 是一个非常模糊的概念。它不是工具。它更像是一家公司可能实施的流程和方法。直到今天,一些大型企业内部的大量业务系统仍然是国产的。PLM 专注于产品在公司内部的实现方式。经常使用的术语是“它充当唯一的真实来源”,它基本上代表了产品的完整图景。从字面上看,它从产品要求到包装花生。围绕传统 PLM 的一些最重要的事情是产品的业务方面以及链中的各个部分如何相互作用。他们有这样的图片,如果任何一个领域发生变化,例如需求或制造中发现的问题,他们可以看到这种变化是如何以可追踪和可控的方式在整个组织中蔓延的。它提供了与变更、成本、产品风险等相关的影响的图片。”


PLM 通常不会进入功能领域,除非通过与应用程序生命周期管理 (ALM) 等系统交互。这是与 PLM 并行的轨道,通常用于产品的软件端。这些系统通常是集成的。


“系统是分层的,所以你有系统的系统,”赫本说。“考虑一家构建 5G 网络的大型电信公司。那是一个系统。它有射频,有网络回程,有天线设计。你必须把它们放在一起,否则他们没有产品。他们的产品不是天线。该产品是他们出售给运营商的整个基础设施。他们必须对一切进行建模,这就是 PLM 对他们至关重要的原因。此外,它们具有很高的产品可变性。他们必须创建可以在建筑物上工作、在森林中工作、在地铁中工作的系统。他们希望尽可能多地共享 IP 以获得规模效率。”


质量至关重要,它需要远远超出单一供应商,因为这些系统并非都是同质的,也不是由单一供应商开发的。因此,多个供应商需要协调他们正在开发的内容,然后将这些数据存储在 PLM 中。


“许多这些系统公司确实在推动将电子记录直接引入,因为它们的大部分内容都依赖于电子使用定义,”赫本说。“今天,在电子领域,甚至在 IC 方面,这是一个交接。在某些时候,PLM 中的某个人会创建一个文档并将其提供给工程部门。工程部根据该规范构建一些东西,然后他们将手动移交回 PLM 以记录实际构建的内容。这是电子行业的典型流程,也是我今天看到的 IC 行业的典型流程。”


整合PLM和半导体


PLM能否成功地融合半导体?“在汽车等行业,ISO 26262推动可靠性和功能安全要求,一切都必须被追踪,” Cliosoft营销主管 Simon Rance 说. “必须有完全的问责制,这样如果出现任何问题,无论是在生产中还是在现场使用中,都必须从整个系统的每个点进行完全可追溯。这可能会回到单个芯片或芯片中的一块 IP。这是硬件设计数据管理和 PLM 系统结合的地方。他们不想拥有所有这些独立的系统,因为它们很难管理。他们想尝试找到一个单一的数据管理解决方案,让人们可以进入并输入搜索查询。您可以开始调查故障,并了解它与整个过程的关联——不仅仅是在芯片设计本身,而是在整个制造过程中。”


这是西门子 PLM 部门于 2017 年收购 Mentor Graphics时的一个关键考虑因素。西门子是系统市场上最大的参与者之一,并且一直在大力投资 PLM 流程和工具。如果您想有效地将 PLM 带入半导体行业,您必须了解它。没有比在问题的内部和外部同时处理更好的方法来做到这一点。然后,您可能会看到如何使其发挥作用并创建任何必要的过渡辅助工具。


这种集成可能很慢,半导体行业继续创建利用该领域特定知识的内部工具。“通过在不同系统之间创建和维护需求、规范、EDA 和硬件设计、软件代码和文档的可追溯性,工程师可以立即知道何时发生更改以及该更改对其他设计工件和系统部件的影响,”说K. Charles Janac,Arteris IP总裁兼首席执行官关于他们新的跟踪应用程序。“与应用程序生命周期管理 (ALM) 和产品生命周期管理 (PLM) 解决方案要求工程师使用在任何方面都不是一流的单一环境不同,特定领域的解决方案创建了一个系统的系统,允许整个 SoC 设计流程和产品生命周期中的需求可追溯性的完整可见性。”


但也有一些电子设计滞后的领域。验证团队面临的问题之一是他们非常关注验证,即试图确定已构建的内容是否符合规定。您只需要查看任何熟悉的 V 图表,如图 1 所示,即可查看右上角的注释,即验证。这就是你确定你设计的东西是正确的地方。现在发现规范是错误的有点晚了,当用作更大系统的一部分时,它会严重影响业务。解决此问题的唯一方法是在任何详细设计工作开始之前使用自上而下的虚拟开发环境。


1

图 1:用于验证和确认的经典 V 图


虽然业界已经开发了虚拟原型工具,但大部分只是用于软件的早期开发和上线,一些公司会开发部分模型来帮助他们分析性能瓶颈。


可以先执行验证。“几年前,一家大型处理器 IP 公司的架构团队想要添加虚拟化,” Imperas Software 的首席执行官 Simon Davidmann 说。“他们修改了现有的处理器模型并启动并运行了软件。最初,他们发现事情不太好,所以他们改变了行为模型中的架构。最终他们得到了一个非常有效的模拟,然后用它来设计 RTL。这种向更高级别模拟的转变可帮助您向左移动并使事物并行化。这有助于优化软件及其性能,因为您正在设计 RTL 以满足该规范。”


无论左移和并行发展依赖于有效的数字模型。早在 2019 年,当他担任 Siemens PLM Software 负责电子和半导体行业的副总裁时,Fram Akiki 表示:“我们正在采用许多已在 IC 方面使用的相同技术,并将它们上游应用到系统环境中。” “这不仅仅是连接数字孪生和数字线程进入数字结构,但能够部署某些技术,因为从验证和数字模型开发的角度来看,半导体行业可能是最成熟的行业之一,并且拥有任何行业中最好的专业知识。能够利用这些专业知识并将其上游部署到系统中被证明是强大的。还有一些反向技术也在发生,其中西门子从行为模型中的系统角度看待某些问题的一些方法在 SoC 开发中有很多应用,特别是当它与功能等事物相关时安全。”


仿真模型和数字孪生可能需要协调一致。Cliosoft 的 Rance 说:“围绕数字孪生可能会出现融合。可能促使这种情况发生得更快的是小芯片。设计数据管理、可追溯性、重用以及故障分析必须在整个系统流程中进行。小芯片使跟踪数据变得更加困难。如果没有合适的工具,您就会跟踪诸如许可协议和有关系统集成的数据之类的内容,几乎是在纸张级别或规范级别。当你想到我们现在的世界时,它是相当古老的。我们非常数字化。但这就是仍在跟踪和管理大量此类内容的方式。它落入了差距,因为这取决于你是谁。如果您是系统集成商或设计工程师,那么您的办公桌上肯定没有这些纸片。”


筒仓破坏


半导体流程的问题在于,它过去一直处于严重孤立状态。正在尝试打破其中的一些。“看看 PCB 设计,”赫本说。“你可能认为这是一种同质的解决方案。不是。有设计工程师进行逻辑设计,还有不同的设计工程师团队进行物理设计。这是两个不同的系统。他们来回传递信息。现在正在发生的事情之一是公司已经意识到因此发生了很多问题。他们看不到周期、交接或发生的问题。推动 PLM 的人基本上是说,虽然您的独立系统在您目前所处的规模上运行良好,但它们并没有扩展到系统级别。我们需要将事物绑定到一个环境中。”


2.5D和3D系统对这些孤岛施加了越来越大的压力,这些孤岛现在遍布 PCB 设计、IC 设计和制造以及封装。所需的系统尚未到位,它们是更广泛采用的限制因素之一。


在其他领域,半导体肯定不同于其他技术领域。例如,半导体制造通常是利用最新技术的竞赛,这意味着存在被接受的额外风险。


设计通常是在模型的预发布版本上完成的,其中存在一定程度的不确定性,并且随时可能出现意外问题。


Aveek Sarkar 说:“在这里,晶体管架构师和工艺集成商正在为正在做第一个库的人提供信息,他们正在创建第一个环形振荡器并提前预览块的外观。” ,Synopsys工程副总裁定制设计组。“如果我要布置这个特定的采样电路,从 PPA 的角度来看,我们是否应该做某些事情?设计技术协同优化的概念变得更加重要。我们如何能够影响驻留在组织内不同团队中的不同部分?我们正在尝试将所有这些组合在一起,对这些效果进行早期预览,并将该反馈提供给等式左侧的工艺工程师和架构师。我们正在努力帮助他们以更有效的方式帮助右侧。”


结论


半导体行业创建了许多流程来帮助评估开发阶段、水平或风险、质量等。但必须不断更新和更改这些流程,因为它们最初是为单独的孤岛开发的。该行业越来越发现他们正在限制可以做的事情。改变正在发生。


“电子世界一直由内而外,而 PLM 在很大程度上是他们不关心的事情,”赫本说。“这可能会改变。”


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