高速數位世界的脈動：SerDes與高速I/O晶片的可靠性挑戰與驗證策略

在人工智慧（AI）、高效能運算（HPC）與5G通訊需求的驅動下，資料傳輸頻寬正以前所未有的速度增長，這股浪潮將串化器/解串化器（Serializer/Deserializer, SerDes）技術推向了數十甚至數百 Gbps 的極限，使其從傳統的數位電路，質變為遵循射頻（RF）與微波原理的精密類比混合訊號系統，此一轉變帶來了三大環環相扣的挑戰：災難性的訊號完整性（Signal Integrity, SI）衰減、極端的熱密度，以及加速的半導體老化（Aging）效應。

傳統的可靠性驗證方法，如靜態高溫老化測試（Burn-in），已無法捕捉現代 SerDes 在高頻動態運作下的複雜失效機制，這種測試方法的不足，為高階晶片帶來了巨大的潛在風險，可能導致產品在實際應用場景中過早失效，進而侵蝕品牌信譽並造成鉅額的財務損失。

因此，業界亟需一場策略性的轉變，邁向能夠同時施加熱、電壓與高頻訊號應力的動態高溫操作壽命（High-Temperature Operating Life, HTOL）測試，本文將深入此類測試方法，如何透過真實模擬 SerDes 的實際工作環境，準確預測這些關鍵元件的長期可靠性；最終將闡述奧創系統（Ultrontek）的 HTOL 射頻壽命測試系統（HTOL RF Lifetime Test System）如何憑藉其高隔離度、多通道、閉迴路射頻應力控制的獨特架構，精準應對此一挑戰，為 SerDes 及其他高速 I/O 晶片提供不可或缺的可靠性驗證。

數位時代的隱形引擎：高速SerDes的關鍵性

頻寬的迫切需求：為何串列 I/O 主宰現代運算

在現代系統單晶片（SoC）設計中，資料傳輸方式的選擇是一項根本性的決策，傳統的平行介面雖然直觀，但隨著速度提升，其物理限制也日益凸顯，平行傳輸需要大量的 I/O 接腳與佈線，不僅佔用寶貴的晶片和電路板（PCB）面積，更帶來功耗、電磁干擾（EMI）和時脈歪斜（Clock Skew）等棘手問題。

為了解決這些難題，SerDes 應運而生，其核心理念極為精簡：將多路平行的低速資料流，在傳送端（Transmitter, TX）串化為單一高速的串列資料流；並在接收端（Receiver, RX）將其解串化，還原為平行的資料流，這種架構的根本優勢在於大幅減少 I/O 接腳和互連線路的數量，從而降低功耗、簡化封裝設計、提升 EMI 性能，並使連接器和線纜更為輕薄。從高畫質影片串流到巨量資料集的交換，現代科技對資料的渴求，使得高效的資料傳輸服務成為必需，這正是 SerDes 技術蓬勃發展的根本動力。

表 1：高速串列介面與平行介面之比較

這種從平行到串列的轉變，揭示了一個深刻的工程演進：隨著運算核心的平行化程度不斷提高，反而對更高效率的串列通訊產生了更強烈的依賴；AI 和 HPC 應用需要大規模的平行處理單元協同工作，而這些單元之間海量的資料交換，若採用平行匯流排將因物理限制而無法實現；因此，超高速的 SerDes 鏈路成為了連接這些平行單元、構成資料網路的唯一可行方案，這形成了一個直接的因果鏈：業界越是追求平行運算的能力，就越是加重了對底層 SerDes 互連技術的壓力與依賴。

架構基礎：SerDes在實體層的角色

在開放式系統互連（OSI）模型中，SerDes 是實體層（Physical Layer, PHY）最基礎的構成單元，一個完整的 PHY 通常由 SerDes 加上實體編碼子層（Physical Coding Sublayer, PCS）所組成，其中，SerDes 負責實現最底層的實體媒介連接（Physical Medium Attachment, PMA）和實體媒介相關（Physical Medium Dependent, PMD）子層的功能，這包括並/串轉換、阻抗匹配電路以及至關重要的時脈資料恢復（Clock Data Recovery, CDR）功能，此一架構是當今所有主流高速通訊協定的基石，例如 PCI Express (PCIe)、USB、乙太網路（Ethernet）和 MIPI 等。

驅動未來：作為 AI、HPC 與 5G 骨幹的 SerDes

SerDes 技術已成為推動前沿科技發展的核心動力，在資料中心領域，為了應對日益增長的網路流量，交換器晶片的總頻寬正從 25 Tb/s 邁向 51 Tb/s，甚至 100 Tb/s，而每一次的飛躍都仰賴於更快世代的 SerDes 技術；在 AI 和機器學習領域，對更高處理速度和大規模平行運算的需求，直接轉化為對晶片間高速資料交換的渴求，SerDes 成為了餵養這些運算巨獸的關鍵動脈。

此外，5G 無線基礎設施是 SerDes 技術應用的最大市場之一，在 2022 年佔據了高達 66% 的市場份額，從雲端運算、汽車電子到物聯網（IoT），幾乎所有現代 SoC 都離不開 SerDes 所提供的高速連接能力。

速度的物理學：在數十GHz領域中駕馭訊號完整性

當數位變為類比：向射頻與微波原理的轉變

當 SerDes 的傳輸速率達到 28G、56G、112G 甚至更高的 224G 時，傳統數位電路中清晰的「0」和「1」邏輯準位概念已不復存在，在如此高的頻率下，訊號的物理行為完全由高頻類比和射頻工程的定律所主導，訊號的波長變得與 PCB 走線的物理尺寸相當，使得阻抗控制、反射、損耗等問題變得極為敏感，此時，訊號完整性（Signal Integrity, SI）不再是單純的設計考量，而是決定系統成敗的至高準則，它要求工程師必須將整個傳輸鏈路——從傳送端的晶片，經過封裝、PCB、連接器、線纜，一直到接收端的晶片——視為一個完整的微波系統來進行建模與分析。

干擾的全面衝擊：解構抖動、雜訊與符碼間干擾

在高速 SerDes 設計中，訊號品質會受到多種物理效應的侵蝕，這些效應共同構成訊號完整性的挑戰。

• 抖動（Jitter）： 訊號在時間軸上的非預期性漂移，是導致位元錯誤的主要原因之一，溫度是影響抖動的一個關鍵因素。
• 串擾（Crosstalk）： 相鄰高速通道之間因電磁場耦合而產生的不必要干擾，隨著佈線密度增加，此問題日益嚴重。
• 符碼間干擾（Intersymbol Interference, ISI）： 由於通道的頻率響應不理想（如衰減和色散），導致一個訊號波形「拖尾」並干擾到後續的波形，造成訊號失真。
• 阻抗不連續（Impedance Discontinuities）： PCB 上的過孔（Via）和連接器是主要的阻抗不匹配點，會引起訊號反射，削弱到達接收端的訊號能量。
• 衰減與色散（Attenuation & Dispersion）： 訊號沿著 PCB 基板傳輸時，能量會逐漸衰減，且不同頻率成分的傳輸速度不同，導致波形失真，PCB 基板在高頻下如同一個低通濾波器。
• 電源與接地雜訊（Power & Ground Noise）： 電源分配網路（PDN）的不穩定，如電壓瞬降（IR drop）和接地反彈（Ground Bounce），會直接耦合到訊號路徑，嚴重影響訊號品質。

表 2：高速 SerDes 設計中的關鍵訊號完整性挑戰

等化技術的演進：從 FFE 到先進 DSP 與 MLSD

面對嚴峻的通道損耗，現代 SerDes 設計的重心已從「蠻力」轉向「巧勁」；早期的設計試圖用「蠻力」方法，例如使用昂貴的低損耗材料、嚴格控制阻抗、縮短走線長度，來盡可能完美地保存訊號；然而，當速率攀升至 112G 甚至 224G 時，通道損耗變得極其嚴重，以至於在接收端訊號的「眼圖」完全閉合，單純依靠物理手段已無法保證訊號品質。

設計的重擔於是轉移到了晶片本身，採用「巧勁」——等化技術（Equalization），這表示設計者接受通道必然是有損且不完美的，並在接收端內建一個極其複雜的「訊號修復引擎」。

為了在有限的頻寬內傳輸更多數據，業界普遍從傳統的 NRZ（Non-Return-to-Zero，2個電壓準位）訊令轉向 PAM4（Pulse Amplitude Modulation with 4 levels，4個電壓準位）訊令，PAM4 在相同的時間內可以傳輸兩倍的位元，但其代價是每個電壓準位之間的間距大幅縮小，對雜訊變得極為敏感，因此需要更強大的等化技術。

現代先進的 SerDes 接收器是一個基於數位訊號處理（DSP）的系統，它首先透過一個高速類比數位轉換器（ADC）將失真嚴重的類比訊號取樣為數位訊號，然後利用強大的 DSP 引擎，透過複雜的數學演算法（如前饋等化 FFE、決策回饋等化 DFE、最小均方誤差 MMSE 等）來數位化地「重新打開」眼圖，從雜訊中恢復出原始資料，例如，Cadence 的 224G IP 就採用了包含最大概似序列偵測（Maximum Likelihood Sequence Detection, MLSD）的先進 ADC/DSP 架構，這一轉變代表著，SerDes 的類比前端和 DSP 引擎已成為其性能的核心，而它們在不同溫度和長期運作下的可靠性，則成為了決定整個系統成敗的關鍵。

熱障：高效能I/O的功耗與散熱管理

速度的副產品：SerDes 宏觀單元中的熱密度

高速資料傳輸的直接代價就是高功耗與高熱量；SerDes 中的高速類比電路、時脈產生電路以及功能強大的 DSP 引擎，都是主要的熱源，隨著製程節點從 7nm 向 5nm、3nm 演進，雖然單位電晶體的功耗下降，但為了處理 112G/224G 的複雜訊號，DSP 的規模和複雜度急劇增加，使得 SerDes 宏觀單元（Macro）的功率密度不減反增，在高度整合的 SoC 中，這些高速 I/O 成為主要的熱點，不僅增加了晶片整體的功耗，更對散熱系統提出了昂貴而嚴苛的要求。

惡性循環：溫度如何劣化訊號完整性與效能

高溫對 SerDes 的影響遠不止是散熱問題，它會直接劣化訊號完整性，形成一個致命的惡性循環，首先，溫度是影響抖動和雜訊基底（Noise Floor）的關鍵因素；其次，溫度的變化會改變 PCB 基板（如常用的 FR4 材料）和晶片封裝的介電常數等材料特性，進而影響傳輸線的阻抗和損耗特性，使得原本在常溫下調校好的通道變得不可預測。

這個過程形成了一個正回饋：更高的傳輸速率需要更複雜的 DSP 進行等化，導致功耗和發熱量增加；上升的溫度又會增加訊號的抖動和雜訊，並改變通道特性，進一步劣化訊號完整性；為了補償更差的訊號品質，DSP 需要以更高的功耗運作，從而產生更多的熱量，這個惡性循環最終會導致系統效能下降甚至失效。

熱管理：第一優先級的設計約束

在現代高速晶片設計中，熱管理已從過去的「事後考量」變為與功能、效能同等重要的「第一優先級」設計約束，設計師必須在設計初期就進行全面的熱模擬與分析，從材料選擇（高導熱係數的封裝和基板）、結構設計（散熱片、熱導管、散熱過孔）到晶片佈局（將熱源分散）進行系統性優化，對於採用 2.5D/3D 異質整合的 Chiplet（小晶片）架構，由於多個晶片被高密度堆疊，熱管理挑戰變得尤為嚴峻，必須進行電-熱協同設計（Co-design）才能確保系統的可靠運作。

這三大挑戰——訊號完整性、熱管理和半導體老化——並非孤立存在，而是緊密地交織在一起，高溫不僅直接劣化訊號完整性，更是加速半導體老化（如 NBTI 和 HCI）的催化劑；而老化導致的電晶體參數漂移，又會反過來進一步破壞訊號完整性；因此，任何只考慮單一因素的可靠性測試（例如只施加高溫的靜態老化測試）都存在根本性的缺陷，因為它忽略了這些關鍵因素之間的交互作用，而這些交互作用恰恰是導致現場失效的主要原因。

時間的無情侵蝕：半導體老化及其對SerDes壽命可靠性的衝擊

超越功能正確性：理解長期效能衰退

一個半導體晶片即便在出廠時通過了所有的功能測試，也可能在實際使用數年甚至數月後，因效能衰退而提前失效，這個過程被稱為「半導體老化」；過去，由於設計餘裕（Margin）較大，老化效應通常在晶片的預期壽命之後才會顯現，然而，隨著製程節點不斷微縮，電晶體被推向物理極限，工作電場和功率密度急劇升高，使得老化速度顯著加快，成為威脅晶片長期可靠性的關鍵因素；老化的影響不再是簡單的「功能失效」，而是一種漸進式的「效能衰退」，例如電路速度變慢、雜訊增加，最終導致系統運作失敗。

元件級失效機制：深入解析熱載子注入 (HCI) 與偏壓溫度不穩定性 (BTI)

半導體老化的物理根源主要來自於電晶體在長期電壓和溫度應力下的微觀結構變化，其中，兩種機制對 SerDes 這類類比混合訊號電路影響最為深遠。

• 偏壓溫度不穩定性 (Bias Temperature Instability, BTI)： 此效應主要影響 MOS 電晶體；當 PMOS 電晶體在負偏壓和高溫下工作時，會產生「負偏壓溫度不穩定性」（NBTI）；NMOS 在正偏壓和高溫下則會產生「正偏壓溫度不穩定性」（PBTI）；其物理機制是，在電場和高溫作用下，矽（Si）與二氧化矽（SiO2）介面處的 Si-H 鍵會斷裂，產生懸浮鍵（Dangling Bonds），這些懸浮鍵如同陷阱（Traps），會捕獲通道中的載子，從而導致電晶體的臨界電壓（Threshold Voltage, Vt​）隨時間發生漂移；對於需要長時間施加直流偏壓的類比電路而言，NBTI 是一個尤其嚴峻的挑戰。
• 熱載子注入 (Hot Carrier Injection, HCI)： 在短通道電晶體中，極高的橫向電場會將電子或電洞加速到極高的能量，成為「熱載子」，這些高能載子有足夠的能量注入到閘極氧化層中，對氧化層造成物理損傷或被其中的缺陷捕獲，同樣會導致電晶體參數（如 Vt​ 和驅動電流 Id​）發生永久性改變，進而使電路速度變慢。

表 3：半導體老化機制及其對電晶體參數的影響

類比電路的致命弱點：為何SerDes對老化效應特別敏感

雖然老化是所有電晶體的通病，但它對 SerDes 這類精密類比電路的打擊是毀滅性的，其根本原因在於，數位邏輯電路對電晶體參數的漂移有較高的容忍度，只要速度還能滿足時序要求即可；然而，SerDes 中的關鍵類比電路，如差動放大器、電流鏡、鎖相迴路（PLL）和時脈資料恢復（CDR）電路，其效能極度依賴於電晶體對的精確匹配。

老化效應的致命之處在於，它所引起的參數漂移並非在所有電晶體上都完全均勻，而是帶有隨機性，這會導致原本完美匹配的電晶體對之間產生「失配」（Mismatch），一個差動對中，哪怕只有其中一個電晶體的Vt​ 發生了微小的額外漂移，都可能徹底破壞電路的平衡，導致共模抑制比（CMRR）急劇下降、增益改變、抖動增加，最終引發災難性的電路失效；因此，SerDes 的可靠性不僅僅是電晶體「是否工作」的問題，而是它們在長達十年的生命週期內，在持續的高溫和電壓應力下，「能否保持匹配」的問題，這是一個遠比數位電路更為嚴苛的標準，也必須透過特定的測試方法來驗證。

溫度與電壓應力的加乘效應

高溫和高電壓是加速上述所有老化機制的主要催化劑，在汽車電子（需在炎熱環境下長時間運作）和 AI 運算（晶片利用率極高，持續高溫）等嚴苛應用中，老化問題尤為突出，如果在設計階段不考慮老化效應，工程師將被迫採用過於保守的「防護帶」（Guard-banding）設計，這可能從第一天起就犧牲了晶片的最高效能。

試煉場：確保SerDes長期可靠性的驗證方法學

加速測試原理：在1000小時內預測十年壽命

由於我們無法花費數年時間來等待晶片在正常使用條件下自然老化，因此可靠性工程的核心是「加速測試」，其基本原理是透過施加遠超正常使用條件的應力（如更高的溫度、電壓、濕度），來加速潛在失效機制的發生，從而在數週或數月的時間內，模擬出產品長達十年的磨損過程，阿倫尼烏斯方程式（Arrhenius equation）是常用於量化溫度加速因子的物理模型。

可靠性測試比較分析：老化測試、HAST與HTOL

半導體業界有多種標準化的可靠性測試，但其目的各不相同，對評估 SerDes 的長期可靠性而言，其適用性也有天壤之-別。

• 老化測試（Burn-in）： 這主要是一項生產測試，目的是篩選出「早期夭折」（Infant Mortality）的瑕疵品，其測試時間相對較短，目的在模擬產品生命週期「浴盆曲線」的初期高失效率階段，而非預測長期的磨損（Wear-out）壽命。
• 高加速溫濕度應力測試（HAST）： 此測試專注於評估濕氣對半導體封裝的影響，透過施加極端的高溫（如 130°C）和高濕度（如 85% RH），加速封裝材料的腐蝕、分層等失效機制，它的主要目標是驗證封裝的完整性，而非晶粒（Die）本身的電氣磨損。
• 高溫操作壽命測試（HTOL）： 這是評估元件內在可靠性並預測其壽命的黃金標準，HTOL 的核心在於，它在施加高溫（如 125°C）和高電壓偏壓的同時，讓待測元件（DUT）處於「動態操作」狀態，並持續數百至上千小時（通常為 1000 小時），這正是針對「浴盆曲線」中後期的穩定使用和磨損階段的測試。

黃金標準：為何HTOL對SerDes至關重要

對於像 SerDes 這樣複雜、高功耗的混合訊號電路，HTOL 是唯一有意義的壽命預測方法，其關鍵在於「動態操作」，靜態的老化測試（即 DUT 不進行訊號翻轉）無法有效觸發與實際工作狀態相關的失效機制，例如 HCI（與開關活動直接相關）和 BTI 的動態恢復效應；一個有效的 SerDes HTOL 測試，必須在施加最高工作電壓和高溫的同時，讓其收發真實的高速資料碼流（例如 112 Gbps 的 PAM4 訊號），才能真實地模擬其在生命週期內所承受的綜合應力。

然而，這也揭示了當前可靠性測試領域的一個巨大「動態應力缺口」；傳統的 HTOL 系統本質上是一個帶有簡單直流電源的溫箱，它們或許能提供低速時脈，但絕非一個能在高溫環境下運作的高速誤碼率測試儀（BERT），它們無法產生和分析驗證 SerDes所需的高頻、符合協定的複雜訊號，因此，靜態或低速的 HTOL 測試對於現代 SerDes 而言是無效的，因為它沒有施加最關鍵的應力——高頻動態訊號。這為能夠在高溫下提供真實 RF 動態應力的專用測試系統創造了迫切的市場需求。

解讀JEDEC標準 (JESD22-A108) 以實現有意義的壽命預測

HTOL 測試並非隨意進行，而是遵循嚴格的產業標準，其中最核心的是 JEDEC 的 JESD22-A108，該標準詳細規範了測試的條件，例如典型的溫度為 125°C，時長為 1000 小時，並在 168、504 小時等中間點進行數據讀取；測試的最終目的是透過對樣本批次的失效數據進行統計分析，來預測整個生產批次在預期壽命內的失效率（FIT, Failures In Time，即十億元件小時內的失效次數）。

表 4：JEDEC 標準 IC 可靠性測試概覽

演進中的版圖：未來趨勢與新興的測試挑戰

邁向224G及更高速度：指數級增長的挑戰

為了支援 800G、1.6T 甚至 3.2T 的乙太網路，SerDes 技術正從 112G 邁向 224G，在 224G 的速率下，銅纜的物理極限被進一步壓縮，傳輸距離縮短至約一公尺，這迫使除了最短距離的連接外，所有應用都必須轉向光纖互連；部分專家甚至認為，224G 已逼近電訊號傳輸的物理極限，下一代 448G 的實現將面臨巨大障礙，這將加速產業向光學方案的轉移；此外，224G 的相關標準（如 IEEE 802.3dj）仍在演進中，關於長距離通道應採用 PAM4 還是 PAM6 調變方案的爭論尚未塵埃落定，這對測試解決方案的靈活性和效能提出了更高要求。

Chiplet革命：新的熱與電源完整性範式

為了繞過摩爾定律的物理極限，業界正從單一的巨晶片（Monolithic SoC）轉向由多個小晶片（Chiplet）異質整合而成的系統，這種模組化設計雖然為建構大規模 AI 系統帶來了靈活性，但也引發了嚴峻的熱管理挑戰，因為多個高功率晶片被緊密地堆疊在一起。連接這些小晶片的裸晶對裸晶（Die-to-Die）互連技術（如 UCIe），其本質就是一種超短距離的 SerDes，同樣需要嚴格的可靠性驗證，測試這些複雜的多晶片模組，為電源和熱分析帶來了全新的複雜度。

共封裝光學 (CPO) 的黎明：整合光子學對可靠性測試的衝擊

CPO（Co-Packaged Optics）是晶片互連技術的終極整合形式，它將光子積體電路（PIC）與主要的運算晶片（如交換器 ASIC 或 GPU）直接封裝在同一個基板上，徹底消除了晶片與面板光模組之間那段損耗嚴重的 PCB 走線，CPO 有望大幅降低功耗（Broadcom 報告稱可節省 30%）並提升頻寬密度。

然而，這種高度整合也帶來了前所未有的「測試危機」；過去，一個可插拔光模組失效，可以輕易更換；一片線路板上的 SerDes 故障，只需更換該線路板；但在 CPO 架構下，一個光學引擎的微小故障，可能導致整個價值數千美元的 GPU/ASIC 封裝報廢，這使得「已知良好裸晶」（Known Good Die）和「已知可靠裸晶」（Known Reliable Die）的概念變得至關重要。

CPO 的測試挑戰是多方面的：

• 測試可及性（Test Access）： 一旦光學引擎被共同封裝，如何對其進行測試？
• 熱串擾（Thermal Crosstalk）： ASIC 產生的高熱會直接影響旁邊敏感的光學元件（雷射、調變器）的效能和壽命。
• 製造與對準（Manufacturing & Alignment）： 大規模量產測試需要自動化的次微米級精度的光纖對準，這是一個巨大的技術瓶頸。
• 可靠性與可維護性（Reliability & Serviceability）： CPO 模組的現場可更換性差，極大提高了前期可靠性驗證的經濟價值，一次現場失效的代價極其高昂。

這種整合趨勢極大地提升了前期可靠性驗證的經濟價值，相較於 CPO 系統中一次現場失效的巨大損失，投入於全面、可預測的可靠性測試（如動態 HTOL）的成本顯得微不足道，這為投資先進可靠性測試設備提供了強而有力的經濟論據。

奧創系統HTOL解決方案於高頻可靠性分析之應用

直面核心挑戰：對動態高頻應力的需求

綜合前述分析，現代高速 I/O 元件的可靠性驗證面臨的核心挑戰是：傳統的靜態或低速測試方法已完全失效，一個有效的可靠性測試，必須能夠在模擬真實操作環境的條件下，同時施加熱應力、電氣應力與高頻動態訊號應力，才能捕捉到訊號完整性衰退、熱效應與加速老化三者之間相互作用所導致的複雜失效機制。

系統架構分析：多通道、高隔離度與閉迴路控制

奧創系統（Ultrontek）的 HTOL 射頻壽命測試系統正是為應對此一挑戰而生，其系統架構專為高頻元件的長期可靠性驗證而設計，其關鍵特性直接對應了 SerDes 的測試難點。

• 高頻射頻應力能力： 系統專門支援對射頻元件（如 SAW、BAW 等）進行長期 HTOL 測試，能夠在 125°C 高溫下，精確施加射頻應力並持續運行超過 1000 小時，這項能力完美填補了傳統 HTOL 設備缺乏高頻動態應力的「動態應力缺口」。
• 高隔離度多通道架構： 能夠同時測試多個 SerDes 通道，且通道之間具有高隔離度，避免了測試儀器本身引入串擾，確保了測試結果的純淨與準確性。
• 獨立自動準位控制（ALC）與閉迴路功率控制： 確保在長達千小時的測試過程中，施加到每個 DUT 上的射頻功率應力都是精確、穩定且一致的。這是獲得可重複、可信賴的老化數據的基礎。
• 無過衝輸出（No-Overshoot Output）： 在測試啟動和關閉的瞬間，保護昂貴的先進製程 DUT 免受電氣過應力（EOS）的損害，對於價值高昂的工程樣品和早期晶片而言，此功能至關重要。
• 遠端監控能力： 對於需要連續運行數週的長期壽命測試，遠端監控是確保測試不中斷的實用功能。
• 系統整合商專業背景： 奧創系統作為一個為航太、國防等嚴苛領域提供客製化測試平台的系統整合商，其深厚的專業知識確保了其能夠提供的不僅是硬體，更是一套穩定、可靠且專業的完整測試解決方案。

表 5：奧創系統 HTOL 射頻壽命測試系統規格 vs. SerDes 可靠性挑戰

案例模擬：高速SerDes PHY的可靠性測試流程

一個典型的 IC 設計公司，可利用奧創系統的解決方案執行如下的可靠性驗證流程：

1. 樣本選取： 遵循 JEDEC 標準，從至少三個不同批次的晶圓中選取 112G PAM4 SerDes PHY 樣品，以涵蓋製程變異。
2. 測試設定： 將 DUT 安裝在客製化的 HTOL 測試板上，並置入奧創系統的溫箱中。
3. 應力施加： 系統升溫至 125°C。多個測試通道同時開始對 DUT 施加其規格定義的最高工作電壓（Vcc,max​），並透過射頻端口輸入 112 Gbps 的 PRBS-31 測試碼流，系統的閉迴路控制確保整個過程中的熱應力和射頻應力穩定一致。
4. 監控： 在長達 1000 小時的測試期間，透過遠端連線監控系統狀態和關鍵參數。
5. 數據讀取： 在 168、504 和 1000 小時等預設的時間點，暫停應力，將 DUT 取出進行全面的電氣特性測試（例如 BERT 設備），量測其誤碼率（BER）、抖動、眼圖等關鍵效能指標的變化。
6. 分析： 收集所有數據點，進行 Weibull 分佈等統計分析，識別效能衰退的趨勢，計算 FIT 率，最終完成其核心目標——「壽命統計分析與失效預測」。

奧創系統不僅提供硬體設備，更憑藉其系統整合的專業能力，能夠為客戶提供應用諮詢在內的完整解決方案，這使其從單純的設備供應商，轉變為能夠協助客戶解決複雜可靠性問題的「可靠性合作夥伴」，構建了強大的競爭壁壘。

結論：透過前瞻性的可靠性驗證確保未來效能

本文深入剖析了在 AI、HPC 和 5G 浪潮下，高速 SerDes 技術所面臨的嚴峻挑戰，其核心結論是，隨著傳輸速率進入數十甚至數百 GHz 的射頻領域，訊號完整性、熱管理與半導體老化三大問題已緊密交織，形成一個相互加劇的複雜體系。

在此背景下，依賴傳統靜態或低速應力的可靠性測試方法已然過時，無法反映真實世界中的動態失效機制，為高階晶片的長期可靠性埋下巨大隱憂，產業的發展迫切需要一場測試思維的革命：從靜態驗證轉向動態驗證。

採納能夠同時施加熱、電壓與高頻動態訊號的 HTOL 測試，已不再是一個選項，而是一項戰略要務，唯有如此，才能準確預測 SerDes 在十年生命週期內的行為，有效篩選出潛在的可靠性缺陷；在 Chiplet 和 CPO 技術推動系統整合度日益提高的今天，單一 I/O 元件的失效成本被空前放大，因此，投資於如奧創系統 HTOL 射頻壽命測試系統這樣的先進可靠性基礎設施，不僅是對產品質量的保障，更是對品牌聲譽和未來技術領導地位的關鍵性投資，是應對未來挑戰、降低風險的明智之舉。

附錄：主要SerDes IP與晶片供應商

為了提供市場全貌，以下簡要介紹 SerDes 生態系中的主要參與者。

IP 供應商：

• 新思科技（Synopsys）： 作為半導體 IP 領域的領導者，Synopsys 提供業界最廣泛的 IP 組合，包括從 56G 到 224G 的高速 SerDes、PCIe、CXL 等，其解決方案涵蓋 PHY、控制器以及訊號/電源完整性分析服務，目的在降低客戶的整合風險；其 224G PHY 採用先進的 DSP 接收器架構，並內建增強的等化與晶片上可測試性功能。
• 益華電腦（Cadence）： Cadence 是另一家主要的 IP 供應商，以其基於 DSP 的高效能 SerDes IP 聞名，並在先進製程節點（如 3nm 上的 224G SerDes）上佈局積極；其解決方案具備支援 PAM4/PAM6 的靈活性，主要目標市場為超大規模資料中心、AI/ML 和 5G 應用；Cadence 透過收購 Rambus 的 SerDes PHY 業務，進一步鞏固了其市場地位。
• Rambus： 歷史悠久的 SerDes 和記憶體介面 IP 供應商，儘管已將其 PHY 業務出售給 Cadence，Rambus 仍持續提供 PCIe、CXL 和各類記憶體介面的數位控制器 IP。

晶片/系統供應商（通常擁有內部 SerDes IP 團隊）：

• 邁威爾（Marvell）： 資料基礎設施晶片的領導者，擁有強大的內部 SerDes 研發實力，Marvell 在多個世代的先進製程（5nm, 3nm, 2nm）和高速 SerDes（112G, 224G）上均保持業界領先，其自研的 SerDes 技術是其交換器、DSP、PHY 和客製化 ASIC 產品的核心競爭力。
• 博通（Broadcom）： 全球技術巨頭，其 SerDes 晶片在網路、企業儲存和寬頻系統中扮演著關鍵角色，博通同時也是推動 CPO 技術發展的核心力量之一。
• 德州儀器（Texas Instruments）、恩智浦（NXP）、亞德諾（Analog Devices）： 這些半導體大廠也提供強大的 SerDes 產品線，尤其專注於汽車、工業和通訊等特定市場。
• 其他參與者： Faraday（智原科技）、Credo、eTopus 等專業 IP 公司，以及如蘋果（Apple）、賽靈思（Xilinx，現為 AMD 的一部分）等大型系統公司，也擁有自己的 SerDes 研發團隊。

參考資料

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• SerDes Design: High Speed Electronic Challenges | Advanced PCB Design Blog | Cadence
• SerDes Market Size, Trends, Demand & Growth Opportunities
• Meeting 112 SerDes Based System Design Challenges - Semiconductor Engineering
• What's Changing In SerDes - Semiconductor Engineering
• SerDes clocking catered to robust noise handling in advanced process technologies for HPC, Datacenter, 5G and AI applications - eTopus
• The Fundamentals of High Speed SerDes Design - Altium Resources
• What Are the Challenges of Signal Integrity in High-Speed PCB Design? - Tessolve
• Understanding SerDes Signal Integrity Challenges - Semiconductor Engineering
• Advanced Strategies for High-Speed SERDES Design - Fidus Systems
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• What Causes Semiconductor Aging? - Semiconductor Engineering
• HCI and NBTI Reliability Impact on Submicron IC Design - Embedded
• NBTI Degradation and Its Impact for Analog Circuit Reliability - ResearchGate
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• SerDes 224G已近物理極限CPO技術求解套 - DIGITIMES
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• Electronic Chip Package and Co-Packaged Optics (CPO) Technology for Modern AI Era: A Review
• Testing At The Speed Of Light: Enabling Scalable Optical Testing ...
• Silicon Photonics Raises New Test Challenges - Teradyne
• What is Co-packaged Optics? - Ansys
• Co-Packaged Optics — a deep dive - APNIC Blog
• The Guide to Semiconductor Reliability Testing - Accel RF
• Advanced Serdes Debug with a BERT - Tektronix
• Semiconductor IP | Silicon IP - Synopsys
• IP for High Performance Computing (HPC) - Synopsys
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• Cadence Advances Hyperscale SoC Design with Expanded IP Portfolio for TSMC N3E Process Featuring Next-Generation 224G-LR SerDes IP | SemiWiki
• Cadence Accelerates Hyperscale SoC Design with Next-Generation 112G Extended Long-Reach SerDes IP on TSMC's N4P Process - Business Wire
• Cadence Buys Rambus Memory and SerDes PHY Assets - YouTube
• Semiconductor IP Companies | A Reusable Technology - Market.us Scoop
• SerDes PHYs - Rambus
• Interface IP - Rambus
• Rambus | Memory Interface Chips - Security IP - Interface IP
• Marvell Demonstrates Industry's First 3nm Data Infrastructure Silicon
• Marvell Announces Industry's First 2nm Platform for Accelerated Infrastructure Silicon
• Company - Newsroom - Marvell Announces Industry's First 112G 5nm SerDes Solution for Scaling Cloud Data Center Infrastructure
• Marvell Expands Connectivity Portfolio With New PCIe Retimer Product Line to Scale Compute Fabrics of Accelerated Infrastructure - May 30, 2024
• Leading Companies in the Global SerDes Market - IMIR Market ...
• Faraday Delivers Latest SerDes IP to Complete Interface Lineup on UMC's 22nm Platform
• Who are the key vendors for high-speed SerDes? What differentiates these vendors from the rest? : r/chipdesign - Reddit