“Testen staat op mijn voorhoofd getatoeëerd”

Gepubliceerd op: 18 november 2020

Expert:

Erik Jan Marinissen PDEng. MSc.

Lees meer over Erik-Jan Marinissen

Deel

---

Toen hij nog studeerde, had hij niet de minste interesse in chips, laat staan in het testen ervan. Nu is Erik Jan Marinissen een autoriteit op het gebied van IC-tests en design-for-test en geeft hij zelfs les over dit onderwerp.

Toen Erik Jan Marinissen vorig jaar hoorde dat zijn papers over Design for Test op de IEEE International Test Conference (ITC) hem tot de meest geciteerde ITC-auteur van de afgelopen 25 jaar hadden gemaakt, geloofde hij het niet. “Ik had een plenaire lunchsessie overgeslagen om een presentatie voor te bereiden die ik later die dag zou geven, toen voorbijgangers me begonnen te feliciteren. Waarvoor, vroeg ik hen. Ze legden uit dat net bekend was gemaakt dat ik de meest geciteerde ITC-auteur van de afgelopen 25 jaar ben. Nou, dacht ik, dat kan niet kloppen. Natuurlijk had ik in de loop der jaren een paar succesvolle papers gepresenteerd, maar de halfgoden van de testdiscipline – de mensen tegen wie ik opkijk – zouden mij toch mijlenver voor zijn,” vertelt Marinissen.

Thuis ging Marinissen aan de slag. Hij schreef een stukje software dat door de congresgegevens zeefde om een ‘hitparade’ van auteurs en papers te maken. De uitkomst was duidelijk: hij was niet alleen de meest geciteerde auteur, maar zijn voorsprong op zijn idolen was ook nog eens behoorlijk groot. Dat ITC het meest prominente wetenschappelijke forum in zijn vakgebied is, stond buiten kijf: Marinissen is een autoriteit op het gebied van testen en design-for-test (DfT) (zie inzet “Wat is design-for-test?”).

Krediet: Imec

Toen hij er zeker van was dat er geen vergissing was gemaakt, voelde Marinissen zich “ontzettend trots”. Ik heb in de loop der jaren een aantal best-paper awards gewonnen, maar die weerspiegelen meestal de mode van het moment. Wat het ene jaar populair is, is dat het volgende jaar misschien niet meer. Mijn analyse bevestigt dit eigenlijk: niet alle bekroonde papers eindigen met een hoge citatiescore. De meest geciteerde auteur zijn laat zien dat mijn werk de tand des tijds heeft doorstaan; het is als een lifetime achievement award.”

Wat is ontwerp-voor-test?
Een moderne chip bestaat uit miljoenen of zelfs miljarden onderdelen, en zelfs een enkel onderdeel dat niet goed werkt kan de hele chip ruïneren. Daarom moet elk onderdeel getest worden voordat de chip verkocht kan worden. Het wordt aan- en uitgezet en er moet worden gecontroleerd of het van status is veranderd.
Het lastige is: je kunt niet precies elke transistor multimeteren zoals je zou doen met bijvoorbeeld een printplaat. In feite is de enige manier om ze te ‘bereiken’ de I/O, en een chip heeft veel minder I/O-pinnen dan interne componenten. Sterker nog, de grootste uitdaging bij het testen is om een pad te vinden naar elke component, met dat beperkte aantal pinnen.
Deze taak is onmogelijk zonder functies aan de chip toe te voegen die het testen vergemakkelijken. Gewoonlijk is 5-10 procent van het siliciumoppervlak van een chip nodig om testen mogelijk te maken: het toevoegen van shift-register toegang tot alle functionele flip-flops, decompressie van teststimuli en compressie van testresponsen, on-chip generatie van teststimuli en overeenkomstige verwachte testresponsen voor ingebedde geheugens. Design-for-test (DfT), in zijn enge definitie, verwijst naar de ontwerpkenmerken op de chip die geïntegreerd zijn in het IC-ontwerp om de toegang tot testen te vergemakkelijken.
In de omgangstaal wordt de term DfT echter ook gebruikt om alle testontwikkelingsactiviteiten aan te duiden. Dit omvat het genereren van de teststimulatievectoren die in opeenvolgende klokcycli worden toegepast op de ingangspennen van de chip en de verwachte testresponsvectoren waarmee de testapparatuur de werkelijke testresponses vergelijkt die uit de uitgangspennen van de chip komen. Chipfabrikanten draaien deze programma’s op automatische testapparatuur in of nabij hun fabrieken.

Divers en interessant

Het verifiëren van de berekeningen die hem een prestigieuze prijs opleverden, kan worden beschouwd als een instinct voor iemand die zijn leven heeft gewijd aan het controleren of dingen correct werken, maar Marinissen en testen waren niet bepaald liefde op het eerste gezicht. “Als student informatica aan de Technische Universiteit Eindhoven had ik niet veel affiniteit met chips of elektrotechniek. Wij CS-studenten keken eigenlijk neer op elektrotechnici. Elektrotechnici zijn alleen nuttig voor het repareren van fietslampjes, grapten we altijd. Ik weet zeker dat ze hetzelfde over ons dachten,” lacht Marinissen.

Testen leek nog minder aantrekkelijk voor Marinissen, om redenen die volgens hem vandaag de dag nog steeds gelden. “Als je niet veel van het vakgebied weet, lijkt het misschien alsof testers de rotzooi van anderen opruimen. Dat is gewoon niet erg sexy. Voor IC-ontwerp of de ontwikkeling van procestechnologie is het veel gemakkelijker om de creatieve en innovatieve aspecten te begrijpen. Zelfs vandaag de dag kom ik nog maar zelden studenten tegen die de ambitie hebben om carrière te maken in testen vanaf het moment dat ze voet aan wal zetten op de universiteit.”

Voor Marinissen was er een bijzondere wending nodig om bij testen terecht te komen. “Ik wilde mijn afstudeerwerk bij professor Martin Rem doen omdat ik hem in het algemeen aardig vond en omdat hij parttime op het Philips Natuurkundig Laboratorium werkte, waardoor hij daar afstudeerprojecten kon regelen. Zoals de meeste wetenschappers in die tijd, wilde ik graag werken op het beroemde onderzoekslab van Philips. Maar tot mijn teleurstelling had professor Rem alleen een testproject beschikbaar. Ik accepteerde met tegenzin, maar alleen omdat ik graag met de professor op het Natlab wilde werken.”

“Ik realiseerde me al snel hoe verkeerd ik het had met testen. Het is eigenlijk een divers en interessant vakgebied! Je moet iets weten over ontwerpaspecten om DfT-hardware te kunnen implementeren, over fabricage om te weten wat voor defecten je tegenkomt en over algoritmen om effectieve testpatronen te genereren. Het is eigenlijk grappig. Aanvankelijk kon ik niet minder enthousiast zijn over testen, maar inmiddels staat het op mijn voorhoofd getatoeëerd.”

Stapelmatrijzen

Nadat hij in 1990 zijn stage bij het Natlab had afgerond, overwoog Marinissen even om bij Shell Research te gaan werken, maar hij besloot dat het zinvoller was om bij een bedrijf te gaan werken dat elektronica als core business heeft. Hij solliciteerde bij het Natlab, werd aangenomen maar volgde eerst een tweejarige postacademische ontwerpcursus. Na afronding hiervan begon Marinissens carrière in 1992.

“Bij Philips hield ik me vooral bezig met het testen van systemen-op-chip die embedded cores bevatten. Een SoC combineert meerdere kernen, zoals Arm- en DSP-microprocessorkernen, en dat maakt het testen complexer. Ik hielp bij de ontwikkeling van de DfT daarvoor, die nu is opgenomen in de IEEE 1500 standaard voor embedded core test. Toen de standaard in 2005 werd goedgekeurd, zeiden veel mensen dat het te laat was. Ze dachten dat bedrijven al vastgeroest zouden zijn. Dat was niet het geval. Langzaam maar zeker is IEEE 1500 de standaard geworden voor de industrie.”

Marinissen heeft er alle vertrouwen in dat hetzelfde uiteindelijk zal gebeuren met een andere standaard die hij heeft helpen opzetten. Hij werkte hieraan nadat hij in 2008 van Philips, wiens halfgeleiderdivisie inmiddels was afgestoten als NXP, overstapte naar Imec in Leuven. Hij nam eigenlijk zelf het initiatief voor de IEEE 1838 standaard voor testtoegangsarchitectuur voor driedimensionale gestapelde geïntegreerde schakelingen. Hij was jarenlang voorzitter van de werkgroep die de standaard ontwikkelde, totdat hij zijn maximale termijn bereikte en iemand anders het roer overnam. De standaard werd vorig jaar goedgekeurd.

“Het stapelen van chips was een veelbesproken onderwerp toen ik bij Imec kwam werken. Conceptueel verschillen 3D-chips niet van SoC’s: meerdere componenten worden gecombineerd en moeten samenwerken. In 2010 had ik bedacht hoe de standaard eruit moest zien, ik had er een artikel over gepubliceerd en ik dacht: laten we die standaard snel in elkaar zetten. Deze dingen duren altijd veel langer dan je zou willen,” verzucht Marinissen.

Zijn harde werk wierp echter zijn vruchten af. Nog voordat de standaard zijn definitieve goedkeuring kreeg, ontving de wetenschappelijk directeur bij Imec de IEEE Standards Association Emerging Technology Award 2017 “voor zijn passie en initiatief ter ondersteuning van de creatie van een 3D-teststandaard.”

Krediet: Imec

Bladeren door de dia’s

Zoals veel onderzoekers geeft Marinissen ook graag les. Hij aanvaardde een positie als gastonderzoeker aan de TUE om studenten te begeleiden die – anders dan hijzelf toen hij zo oud was – geïnteresseerd zijn in DfT. In een vroeg stadium raakte hij ook betrokken bij de test- en DfT-cursus van het interne trainingscentrum van Philips, het Centre for Technical Training (CTT). “Aanvankelijk werd het grootste deel van de cursus gegeven door Ben Bennetts, een externe docent, maar ik nam het over toen hij in 2006 met pensioen ging. Ik herinner me dat ik één cursus heb gegeven toen ik nog bij NXP werkte, maar daarna jaren geen enkele – ook al mocht dat van Imec. Er was gewoon geen vraag naar.”

“Toen, in 2015, werd ik plotseling gevraagd om het twee keer in één jaar te geven. Sindsdien is er ongeveer één keer per jaar een cursus.” Tegen die tijd was de training “Test and design-for-test for digital integrated circuits” onderdeel geworden van het aanbod van het onafhankelijke High Tech Institute, hoewel, niet verrassend, veel van de cursisten werken bij bedrijven die voortkomen uit Philips Semiconductors. “Veel deelnemers hebben een achtergrond in analoog ontwerpen of testen en krijgen steeds meer te maken met digitale componenten. Ik denk dat dat begrijpelijk is, gezien de uitgebreide mixed-signal expertise in de Brainport regio.”

“Ik ben dan wel de leraar, maar het is geweldig om in een ruimte te zijn met zoveel cumulatieve halfgeleiderervaring. Er komen voortdurend interessante en intelligente vragen naar boven – vaak vragen waar ik een nachtje over moet slapen voordat ik een goed antwoord heb. Het is een hele uitdaging, maar ik geniet er enorm van. Net als, denk ik, de studenten. Ik weet zeker dat ze liever uitdagende interacties hebben dan dat ik door mijn Powerpoint-presentjes blader.”

Van het met tegenzin accepteren van een afstudeeropdracht tot het delen van zijn gezaghebbende DfT-expertise in de klas – de jonge Erik Jan Marinissen zou het nooit hebben geloofd.