概述
QualitasSemiconductorCo.,Ltd.（以下简称"Qualitas"）是一家总部位于韩国，专注于开发和提供高速互连领域的先进PHYIP解决方案的领先企业。PHYIP是指在PCIExpress®（PCIe®）和USB等高速接口中处理数字信号收发的物理层设计模块。
高速互连领域的数据传输速率持续提升，对信号完整性的要求也日益严苛。因此，单纯的芯片验证已不再足够，必须全面评估整个互连通道，包括印刷电路板（PCB）、芯片封装以及将芯片连接至PCB的插座。由此，搭建能够执行此类验证的测试环境成为一项关键挑战。
为应对这些挑战，Qualitas开始采用安立ShockLine™MS46524B矢量网络分析仪（VNA）。通过搭建可对包括PHYIP在内的整个系统进行高精度、可重复的信号完整性评估的验证环境，Qualitas显著提升了其IP解决方案的质量和可靠性。
本文通过采访Qualitas研发中心执行董事JaeyoungKim博士，阐述了公司面临的技术挑战、为完善验证环境所做的努力、选择安立解决方案的核心因素，以及其面向下一代接口标准的技术战略。
Qualitas研发中心执行董事JaeyoungKim博士Q1：能否介绍一下贵公司的业务及核心优势？
JaeyoungKim：Qualitas是一家专注于开发高速互连应用PHYIP的半导体设计公司。我们的产品组合涵盖各类高价值PHYIP解决方案，包括SerDes、PCIe、UCIe、以太网、MIPI和USBSuperSpeed+。这些PHYIP解决方案已被众多客户采用，成为保障各类高速通信标准下信号完整性的核心组件。
公司的核心优势在于面向先进工艺节点优化的先进信号完整性技术和高精度电路设计能力。为确保在电路速率和密度持续提升的情况下仍能稳定运行，我们从设计阶段就高度重视实际应用条件。具体而言，我们采用整体设计方法，综合考虑包括封装、PCB和插座在内的整个互连通道。此外，我们已开发出丰富的"硅验证IP"产品组合，这些IP的性能均经过实际硅片验证，能够为客户提供高可靠性的IP解决方案。
基于坚实的技术基础，我们已与美国、中国、日本等主要半导体市场的领先企业签订了众多供应协议，并积累了丰富的验证数据和量产经验。通过减轻客户的设计负担，助力其缩短开发周期、实现更稳定的量产，我们已成为下一代人工智能、数据中心、汽车应用和芯粒架构系统等增长领域中值得信赖的技术合作伙伴。
Q2：为何信号完整性验证变得愈发重要？
JaeyoungKim：PCIe、UCIe、USB和以太网等主流接口的速率随每一代标准不断提升，导致信号完整性的容限迅速降低，通道损耗、反射、串扰和阻抗失配等寄生效应如今会直接影响系统的整体运行。因此，传统的仅聚焦于芯片的验证方法已无法确保实际应用中的信号完整性。
高速信号的完整性由内部封装布线、PCB走线长度、介电特性、层叠结构、过孔结构以及插座和连接器等整个互连结构决定。随着信号传输速率的提升，这些结构的微小差异都可能导致信号质量显著下降。因此，若未在贴近实际应用的环境中进行验证，将难以保证系统在实际工作条件下达到预期性能。虽然单独的芯片评估结果理想，但系统级的实际应用往往会出现反射和不连续性问题，这会降低工作裕量，导致系统处于临界工作状态。
因此，验证范围必须从单一芯片扩展至包括封装、PCB和连接器在内的整个互连通道。如今，确保信号完整性需要对整个通道进行优化。
Q3：能否谈谈传统方法存在哪些局限性？
JaeyoungKim：高速互连技术的开发过程中，我们发现传统的基于仿真的方法无法完全复现系统实际应用后出现的信号衰减问题。封装结构或PCB走线长度的微小差异都可能增加损耗、反射和串扰，对PHYIP的运行产生显著影响。然而，这些与实际应用相关的效应本身难以建模，在许多情况下，仅通过仿真无法充分复现或检测到这些问题。
因此，问题会在设计阶段隐藏，直至实际测试时才被发现，这会导致在后续阶段对设计、PCB和测试夹具进行连锁修改，造成大量的返工工作。此外，越来越多的全球客户开始要求基于实际测试数据进行严格的可靠性验证。由此可见，传统的以仿真为核心的方法已达到瓶颈，无法再满足客户的需求。
Q4：为何选择安立MS46524B矢量网络分析仪？
JaeyoungKim：应对这些挑战，我们开始从以仿真为核心的方法转向在贴近实际应用的条件下进行前期验证。为满足下一代接口标准和日益多样化的封装结构要求，搭建能够在真实应用条件下对信号完整性进行定量验证的环境迫在眉睫，因此我们决定引入矢量网络分析仪（VNA）。
Qualitas的高速互连验证环境在对比多家厂商的产品后，我们选择安立MS46524B的主要原因是其在高频下的测试稳定性，以及适应实际互连应用条件复杂性的灵活性。在探针测试和同轴测试混合的验证环境中，测试条件容易发生变化，难以保持测试的可重复性。
然而，在前期评估中，MS46524B在此类条件下展现出了稳定且高度可重复的测试结果，我们认为这是其相较于竞品的核心优势。
此外，MS46524B支持分辨率低于10皮秒的高分辨率时域反射（TDR）测试，能够可视化互连结构内的阻抗变化，这对于验证精细的封装结构和高速信号路径至关重要。同时，该设备在未来技术的扩展性方面也具有显著优势。
Q5：引入MS46524B后取得了哪些成果？
JaeyoungKim：导入矢量网络分析仪后，我们搭建了可在单一平台上高效验证PCB、封装和测试芯片等不同架构的环境。通过差分S参数测试，我们能够准确表征插入损耗、反射特性和差分传输行为。此外，差分TDR测试使我们能够在时域中直观识别阻抗不连续性和与精细结构相关的问题。通过结合这些测试技术，我们能够快速定位问题的根本原因，优化设计与验证之间的反馈流程。
安立的专属软件还使我们能够实现测试流程的自动化和标准化，显著提升了验证效率。生成质量报告并向客户提交结果的交付周期也大幅缩短，能够满足全球客户对验证速度和质量标准的要求。因此，我们提升了在设计阶段发现问题的能力，减少了开发后期的返工需求，实现了IP设计质量的提升和产品上市时间的缩短。
Q6：在搭建高速互连验证环境时面临哪些挑战，又是如何解决的？
JaeyoungKim：高速互连验证所需的试错工作远超我们的预期，尤其是在基于探针的非同轴测试中，如探针-同轴和探针-探针测试配置。在评估球焊盘封装或精细PCB布线图案时，探针接触条件或对准的微小偏差都会直接影响测试结果，难以建立准确的参考平面并确保测试的可重复性。
为应对这些挑战，我们利用4端口配置的MS46524B搭建了同时支持探针-同轴和探针-探针测试的测试平台。此外，我们采用Type-E网络提取技术分离并补偿测试路径中的已知网络元件，同时运用去嵌技术通过数学方法消除探针和电缆带来的寄生效应。这使我们能够搭建可准确提取被测器件（DUT）固有特性的验证环境。
基于探针的高速互连验证面临的另一大挑战是最大限度地减小测试环境与实际系统应用之间的差异。传统的焊盘级验证往往无法充分反映PCB布局和封装结构对信号完整性的影响，导致测试特性与实际应用表现不符。随着互连速率的持续提升，这些差异不断扩大，仅依靠传统方法难以达到足够的验证精度。
为解决这一问题，我们设计的评估板（EVB）不仅能忠实复现焊盘级结构，还能还原实际的PCB布局和封装配置，并在这些评估板上进行基于探针的测试。此外，通过在探针-同轴和探针-探针环境中结合差分S参数测试和TDR测试，我们对测试结果之间的差异进行定量比较和分析。这种方法使我们能够从频域和时域角度准确捕捉与实际应用相关的效应。
通过开展考虑实际应用条件的多维度探针测试，我们现在能够深入了解贴近真实系统环境的信号完整性表现，这显著提升了对客户环境中器件行为预测的准确性，增强了我们IP解决方案的可靠性。
Q7：贵公司如何在验证过程中运用去嵌技术，该技术带来了哪些益处？
JaeyoungKim：高速互连验证中，探针和电缆等测试夹具会对信号完整性产生显著影响。因此，提取被测器件（DUT）固有特性的精度对整体验证精度具有重要影响。为应对这一挑战，我们利用4端口配置的MS46524B提前提取测试路径中外接元件的S参数，然后应用去嵌处理消除其影响。
我们所采用的去嵌方法是一种校正技术，通过数学方法消除测试系统中包含的电缆、探针等元件的影响，从而仅提取被测器件的固有特性。这使我们能够高精度获取插入损耗、阻抗变化和反射特性等关键信号完整性参数。
特别是对于高损耗通道和具有精细结构的封装，是否采用去嵌技术会显著影响测试结果的分辨率，因此该技术成为验证过程中不可或缺的步骤。通过这一过程获得的高精度测试数据在PHYIP设计阶段成为宝贵的反馈信息，直接助力更精准的设计优化、更高的产品质量和更短的开发周期。对于Qualitas而言，去嵌技术是满足下一代接口标准严苛质量要求的必备技术。
高速互连PHYIP实际验证Q8：该验证环境对贵公司PHYIP的质量以及未来的技术发展战略产生了哪些影响？
JaeyoungKim：通过搭建以MS46524B为核心的信号完整性验证环境，我们建立了可对包括封装、PCB和测试芯片在内的系统级传输特性进行定量前期验证的框架。因此，高频测试的可重复性显著提升，使我们能够从设计初期就持续确保PHYIP的质量。
此外，安立定制化软件的应用推动了测试流程的自动化和标准化，减少了验证工作的差异性。这使我们能够在更短的周期内获得可靠的反馈，并建立快速提供质量报告和量产所需测试数据的流程。因此，我们满足全球客户严苛需求的能力得到进一步提升。
我们目前已将该验证环境作为当前PHYIP开发中质量保证的基础，其在未来的技术发展战略中也将继续发挥关键作用。该环境能够灵活支持日益多样化的封装结构以及UCIe和PCIeGen6等下一代高速标准，使我们能够形成持续提升技术能力的良性循环，同时加快下一代IP的开发速度、提升产品质量。对于Qualitas而言，该环境是维持长期信号完整性竞争力、巩固全球市场地位的不可或缺的基础。
Q9：能否谈谈贵公司面向下一代高速接口的未来验证环境规划？
JaeyoungKim：对于下一代接口，由于封装结构日益复杂、芯粒架构的广泛采用以及数据速率的进一步提升，我们预计对信号完整性验证的精度和可重复性要求将更加严苛。为此，我们正持续完善验证环境，以跟上这些不断发展的技术趋势。
具体而言，我们计划以MS46524B为核心，进一步扩展基于探针的测试环境，将其打造为支持更宽带宽和更高精度差分测试的平台。此外，通过加强与公司专属验证软件的集成，我们旨在建立即使面对日益复杂的封装和互连结构，也能持续输出高度可重复测试结果的流程。
同时，为提升对UCIe和PCIeGen6等下一代高速标准的适配能力，我们正在优化测试方法、校准流程和数据分析程序。与此同时，我们积极参与行业标准化活动和与外部合作伙伴的联合研究，助力打造适用于未来接口规范的验证模型和评估指标。通过这些举措，我们旨在持续提升信号完整性验证的整体精度，稳步增强下一代产品开发所需的竞争力。
Q10：对于高速互连IP供应商而言，要增强在全球市场的竞争力，需要具备哪些要素？
JaeyoungKim：要提升在全球市场的竞争力，仅仅提供符合行业标准的PHYIP已不再足够。随着最新接口的速率和密度不断提升，在实际系统环境中的稳定运行至关重要。因此，必须基于实际测试数据，展示包括封装、PCB和插座在内的整个互连通道的信号质量。
在Qualitas，我们从开发初期就开展忠实复现实际应用环境的前期验证。通过差分S参数和TDR等测试手段，我们建立了能够展示PHYIP在实际工作条件下表现的客观数据框架。此外，集成MS46524B的高可靠性测试环境使我们能够快速交付满足全球客户严苛要求的验证结果，这为我们带来了显著的竞争优势。
Q11：在与安立的合作中，哪些方面令您印象尤为深刻？
JaeyoungKim：与安立合作中最令我们印象深刻的是，在面临技术挑战时所获得的实操性、实用性支持。安立公司并非仅仅提供测试设备，而是花时间深入了解我们的验证环境和工作流程，并主动为我们的具体挑战提供量身定制的技术支持。
高频测试涉及诸多复杂步骤，需要专业的判断能力。为此，安立公司还与我们紧密合作，联合开发了能够实现测试流程自动化和标准化的定制化软件，使这些流程更加高效、可靠。因此，基于探针的验证工作的差异性显著降低，测试可重复性和整体运营效率得到大幅提升。
通过此次紧密合作，我们与安立公司建立了超越传统设备供应商模式的合作关系，构建了旨在共同推进下一代接口验证技术的可靠、长期技术合作伙伴关系，我们认为这是双方合作最显著的成果。
关于安立
安立公司是一家拥有130年历史的创新通信解决方案供应商。公司的测试和测量解决方案包括无线、光通信、微波/射频和数字仪器，支持了系统以及研发、制造、安装和维护的解决方案。安立还为通信产品和系统提供精密微波/射频元件、光器件和高速器件。安立通过增加用于网络监控和优化的多维服务保证解决方案为现有和下一代有线和无线通信系统以及服务供应商提供完整的解决方案。安立业务遍布90多个国家，拥有约4,000名员工。
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