任意波形发生器（ AWG ）如何攻克 AI 存算一体芯片的 RRAM 测试难题？

一、AI 存算一体下的测试新需求

随着AI技术快速发展，在物联网数据中心等数据密集场景中，存内计算（如CnM、CiM、CwM、LiM）成为趋势，存算一体架构加速兴起。

然而，传统冯·诺依曼架构的存储墙问题日益突出——内存与外存速度差异悬殊，数据搬运效率严重滞后，DRAM与Flash在工艺微缩中更面临漏电流、耦合干扰等性能退化，已难以满足便携式与分布式场景对速率、功耗和稳定性的更高要求。

新型非易失性存储器（NVM）正是突破这一困局的关键载体。其中，阻变存储器（RRAM）可通过电压脉冲在高低阻态之间可逆切换，具备非易失、低功耗读取的优点。要实现稳定可靠的阻态切换，必须在研发阶段对脉冲激励进行精确的测试验证。

二、RRAM测试痛点与挑战

RRAM的测试验证贯穿器件、阵列、芯片三个层级，各层级关注点不同，对测试设备的要求也逐级提升。

1.RRAM基本原理

RRAM 的核心是阻变材料（如金属氧化物 HfO₂、TiO₂，或有机材料），其电阻值可在高阻态（HRS） 和低阻态（LRS） 之间通过电压脉冲可逆切换，两种状态分别对应二进制的 “0” 和 “1”（多阶阻变可实现多比特存储）。

阻变机制：主流为 “细丝型（Filamentary）”—— 在外部电压作用下，阻变材料中会形成（或断裂）由金属离子、氧空位等构成的 “导电细丝”：

• 施加 “置位电压（Set）” 时，细丝形成，材料从高阻态切换为低阻态（写入 “1”）；
• 施加 “复位电压（Reset）” 时，细丝断裂，材料从低阻态切换回高阻态（写入 “0”）。
• 读取时无需改变阻态，通过检测材料电阻值即可判断存储状态，功耗极低。

2.测试层级与目标

• 器件级测试：聚焦存储单元的基础电气特性，包括I-V/R-V扫描曲线、脉冲序列测试以及温度、循环、快速切换等稳定性测试。该层级要求激励源具备亚纳秒级脉冲和ps级上升时间，测量端需达到pA级电流精度。
• 阵列级测试：面向多单元组成的存储阵列，核心在于多通道同步激励与逻辑状态验证，需支持通道扩展至上百通道，测试项目涵盖逻辑测试、多通道激励测试及串扰测试等。
• 芯片级测试：针对封装后的成品芯片，验证AC/DC性能（电压、电流、时序）以及对外接口一致性（SPI、DDR等）。

3.测试难点

• 激励信号需高度灵活，支持自定义脉冲序列与GHz级宽频段覆盖；
• 测量精度要求极高，电流分辨率需达fA级，时间分辨率需达ps级；
• 多通道同步与扩展能力，以适应阵列级和芯片级的大规模并行测试需求。

4.测试复杂性对任意波形发生器的关键性能要求

三、基于AWG的全层级RRAM测试方案

1、器件级测试：精确脉冲激励与特性捕获

器件级测试聚焦存储单元的电学特性。对于RRAM，电气特性测试主要集中在Forming崩溃电压临界值判定，利用偏压幅值阶梯状扫描实现I-V、R-V曲线的直流特性获取，通过交流信号激励测试器件的频率响应并绘制对比曲线，以及脉冲序列作用下的器件响应特性。

• 脉冲响应测试：采用德思特TS-PG1000系列脉冲发生器。该系列具备70ps边沿时间、＜300ps最小脉宽、800MHz输出频率及5Vpp幅值，支持双/三/四脉冲输出模式，可灵活产生RRAM所需的Set/Reset脉冲，用于判定阈值电压和动态阻抗变化。
• AC/DC特性扫描：配合德思特TS-AWG 7000任意波形发生器，其14bit垂直精度、最高17GS/s采样率、小于50ps的边沿时间以及10GHz的输出带宽，可支持输出斜坡电压或连续波，结合示波器采集电流，绘制I-V/R-V特性曲线，获取直流和交流下的阻变特性。
• 性能测试：利用脉冲发生器的连续脉冲功能或AWG的DDS模式对器件进行反复擦写，之后施加直流或特定脉冲，用示波器观察读写速度、延迟等性能变化，评估耐久性和数据保持能力。

2、阵列级测试：多通道同步激励

存储单元组成阵列后，需验证多字线/位线的逻辑状态及串扰，可采用德思特优质合作伙伴Spectrum PXIe/PCIe板卡式任意波形发生器。

以66xx系列为例：单板6个输出通道，支持Star-hub最多8板同步，实现最高48通道并行输出（输出电压±2.5V，最高2.8G流速率，200-400MHz带宽），满足多通道激励与逻辑测试需求。

3、芯片级测试：系统验证

封装后的存储芯片，AC/DC性能测试可沿用器件级方案并适配芯片端口。对外接口（如SPI、DDR等）一致性测试，则主要配合逻辑分析仪和示波器完成。

四、方案价值：加速AI存算一体落地

✓ 精准应对AI存算芯片测试难点

选用TS-PG1000、TS-AWG7000、66xx等系列设备，满足NVM对脉冲幅度、宽度、边沿时间、多通道同步的苛刻要求，确保编程/擦除测试的准确性，为AI芯片的存内计算单元提供可靠的脉冲激励验证。

✓ 覆盖AI芯片全层级测试需求

从器件电气特性、阵列逻辑到芯片级性能，提供连贯的测试方法与设备配置，全面验证AI存算一体芯片中新型存储的功能与可靠性，加速从单元验证到系统集成的研发进程。

✓ 加速存算一体技术落地

通过对非易失性、擦写寿命、数据保持等核心指标的精准测试，为存算一体架构在AI、物联网、数据中心等数据密集场景的规模化应用提供可靠支撑，推动AI推理与训练芯片的实用化部署。