片上可观测性：现代芯片的必备能力
本文解读片上可视能力的实际价值，以及该技术为何对人工智能、汽车、航空航天与先进封装领域尤为关键。
《半导体工程》杂志组织行业专家开展专题座谈，共同探讨芯片内可观测性（亦称片上可视能力）。如今，这项技术对高端系统的性能管理、可靠性保障与安全防护愈发重要。
参与嘉宾包括：阿泰瑞斯产品营销副总裁安迪・南丁格尔、巴亚系统首席商务官南丹・纳扬帕利、楷登电子硅解决方案集团杰出工程师莫希科・埃默、是德科技 EDA 裸片互联与边缘计算战略规划经理佩德罗・梅洛、莫韦勒斯首席运营官维克拉姆・卡尔瓦特、西门子 EDA 泰森特汽车芯片解决方案总监李・哈里森、新思科技产品管理总监兰迪・菲什、文西咨询上市推广负责人萨蒂什・拉达克里希南。以下为座谈内容节选。
（配图人物：按左上顺时针依次为：阿泰瑞斯南丁格尔、巴亚系统纳扬帕利、楷登电子埃默、是德科技 EDA 梅洛、文西咨询拉达克里希南、新思科技菲什、西门子 EDA 哈里森、莫韦勒斯卡尔瓦特）
本刊提问：为何当下芯片设计必须融入片上可视能力？请结合近期实际案例说明。
安迪・南丁格尔：核心动因之一是性能优化。一旦实现片上状态可视，工程师就能据此开展针对性调优。
南丹・纳扬帕利：除了优化性能、提升运行效率，芯片负载始终处于动态变化中，企业需要实时掌握运行状态并灵活适配，片上可视能力正是实现这一目标的关键。它不仅用于故障定位与可靠性调试，还能识别异常行为、筑牢安全防线，我们会从多重维度考量这项技术。
莫希科・埃默：南丹已经提到了片上可视的诸多作用。随着芯粒技术普及，相关挑战进一步加剧：整套芯片系统不再仅有单一互联架构或信号链路，无法一站式查看所有内部状态，必须对多颗裸片协同管控。况且部分裸片并非自研，复杂的产业生态带来了大量控制与状态监测难题。
结合实际应用，有两个典型场景：第一是航空航天与国防领域，该领域除性能优化外，更侧重信息安全；第二是汽车电子，车辆必须全天候稳定运行，因此行业高度重视芯片的安全性与可靠性。
佩德罗・梅洛：业内有共识，芯粒架构的复杂度极高，不仅流片认证、量产测试难度陡增，芯片落地部署后也极易出现各类故障。如今，全球各类关键基础设施系统（未来还将应用于太空设备），都必须在实际运行过程中对芯片开展持续检测与状态监控。
李・哈里森：我长期深耕汽车领域。片上可视能力是实现汽车全供应链溯源的核心手段，能够杜绝仿冒件、翻新件及非正规零部件装车，避免车辆出现安全隐患。供应链全链路溯源对汽车行业而言至关重要。
兰迪・菲什：这项技术服务于整套系统。当下最典型的应用场景就是 AI 大模型训练，可视范围覆盖整个算力体系。算力系统由复杂的互联架构构成，监测边界十分宽泛。谈及状态感知与监控，首先要明确技术定义：部分业内人士认为，可测试性设计（DFT）本身也是一种监测手段。这类监测方式虽存在一定限制、运行逻辑具备确定性，但采集的数据价值极高，既可用于量产测试，也能支撑设备现场运维。
从应用案例来看，温压传感器（PVT）早已普及，几乎所有鳍式场效应晶体管（FinFET）架构芯片均有搭载，主要服务于自适应电压调节（AVS）、动态电压频率调节（DVFS）等主流技术，绝大多数企业都在落地相关应用。
李提到的汽车场景，只是片上可视的基础用法 —— 实时掌握芯片内部运行情况。芯片实际运行工况往往和早期评估存在偏差，而借助该技术，可全程监测产品生命周期内的温度、电压、信号异常等真实数据。仅仅是采集、查看并解读这些数据，就能创造实际价值。
萨蒂什・拉达克里希南：当前主流封装与系统均属于异构集成系统，普遍采用 2.5D/3D 封装、芯粒、片上 GPU、高带宽内存（HBM）等形态。各类芯片来自不同厂商、独立设计生产，但集成后会产生信号串扰，不同裸片之间存在复杂交互。这也导致芯片的实际使用场景，往往和设计初衷大相径庭。
以数据中心场景为例，工程师需要预判单颗芯片乃至整套系统的运行态势，做到主动预警，而非故障发生后被动处置。由于系统并非完全由己方掌控，借助可视能力排查故障、保障系统安全就显得尤为重要。
维克拉姆・卡尔瓦特：板级与系统级状态监测在平台管理体系中扮演重要角色。但片上可视能提供空间、时间维度精度更高的原始数据。信号从芯片内部传导至封装、再到电路板的过程中，大量关键信号会出现衰减、叠加，最终彻底无法识别。
实际应用场景包括：电压骤降动态抑制、最低工作电压标定、电源分配网络（PDN）优化与故障调试等。
本刊提问：针对单芯片、芯粒以及完整系统，片上可视能力的设计考量是否存在差异？
兰迪・菲什：芯粒与整系统的监测侧重点有所不同。我们目前重点监测裸片间互联链路，例如 UCIe 协议架构。相关工作不只是测试与修复，还包括监测信号衰减、信号眼图状态等裸片间传输指标。通过长期观测数据研判趋势，提前预判故障并采取防护措施。
系统层面的挑战更为突出：如何搭建一套贯通芯粒、异构芯片与整机的统一互联监测架构？目前无论是开放计算项目还是其他行业组织，都尚未形成统一标准，全系统级的数据共享仍是行业难题。
安迪・南丁格尔：系统向多裸片架构演进后，最大挑战在于状态监测的一致性。若将可观测机制与通信互联架构深度结合，方案将具备更强的扩展性。无论系统采用单裸片还是多裸片设计，数据传输路径保持统一，也能实现跨品类系统的方案复用。
莫希科・埃默：我从另一角度补充。以往封装集成相关问题都是芯片流片后才处理，但如今必须在设计阶段就统筹规划。多样化的先进集成方式（裸片并排堆叠、三维堆叠等）带来了大量多物理场挑战。即便 UCIe 互联协议运行正常，封装集成质量依旧直接决定整套系统的可靠性。
热效应、机械应力等多物理场参数都需要实时监测并支撑决策，具体需求随应用场景变化，这部分工作必须前置到设计环节。
此外，整套系统往往集成多家厂商的第三方芯粒，设计阶段无法做到全盘把控，只能基于外购芯粒的现有条件做折中设计，这也为状态管控、联调适配带来新难题。
性能优化逻辑也有所区别：单裸片可通过调节频率、电压调整时序裕量；而多裸片系统共享同一功耗预算，需要多颗裸片协同完成参数调优，两者思路完全不同。
南丹・纳扬帕利：你提出了一个关键问题。如今电子设计自动化（EDA）领域也在发展多尺度、多领域建模技术，力求实现全系统全局感知。行业已经从单片芯片演进至芯粒架构，未来集成复杂度还会持续提升，技术挑战也随之加剧。部分领域已有统一标准，跨厂商互联场景则标准缺失。
结合安迪的观点，巴亚系统认为，统一的互联架构与遥测采集机制，既能实现片内性能优化、故障调试，也能打通裸片间的状态监测。依托完善的监测体系，可快速定位芯粒互联故障（如静电放电等问题）。面对日益增长的复杂度，行业必须依靠专业工具解决各类问题。
佩德罗・梅洛：结合兰迪提到的芯粒与片上监测，我们聚焦系统最基础的单元：首先要确认各单元之间能否正常通信、通信质量是否达标，针对不同对象设置差异化监测项、排查各类潜在问题。
针对芯粒，监测重点是裸片之间的通信链路；针对单芯片，监测重点多为温度等内部参数；延伸到印刷电路板（PCB）层面，核心是判断芯片在整机环境中是否按预期运行；再拓展至完整系统，定义范围会进一步扩大 —— 系统可以单块 PCB，也可以是整座数据中心。
借助数十万服务器节点的分布式状态感知能力，行业得以掌握以往无法获取的深层运行数据。优化方向与待解决问题，决定了监测工作的核心重心。
李・哈里森：我从硬件身份识别角度展开，以汽车电子控制单元（ECU）为例：同一款 ECU 会搭载在多款车型上，但其内部芯片可能采购自不同厂商，芯片又集成了多家供应商的芯粒。
为了让配套软件与硬件实现最优适配，工程师需要针对每一台 ECU 做软件定制。依托片上可视与身份识别能力，可精准获取 ECU 内部片上系统（SoC）及各裸片的硬件信息，进而开发多版本优化软件。
汽车行业普遍采用多源供货模式，如何让软件版本与硬件版本精准匹配，一直是行业痛点。在此背景下，硬件身份识别与状态可视能力就显得不可或缺。
加入微信
获取电子行业最新资讯
搜索微信公众号：EEPW
或用微信扫描左侧二维码
