一、项目背景与测试挑战
北京印刷学院于 2016 年启动 “千万级类脑计算处理器功能芯片及相关核心技术研究” 项目（招标编号：BJJF-2016-441），核心目标是研发具备高密度神经元模拟能力的类脑芯片。该芯片采用忆阻器（RRAM）突触阵列结构，包含超过 1000 万个人工神经元节点，面临三大测试难题：
- 多节点同步测试：8×8 突触阵列需拆分测试，传统设备效率低下
- 微电流信号捕捉：突触导通电流低至飞安级（fA），需超高精度测量
- 定位精度要求：神经元电极间距仅 5μm，探针接触误差需≤3μm
项目最终以 7.5 万元采购台湾奕叶国际 PEH-4 型探针台，与半导体分析仪等设备组建测试系统，解决上述挑战。
二、奕叶 PEH-4 探针台核心适配性设计
（一）硬件参数与类脑芯片测试需求匹配
（二）系统集成方案
PEH-4 通过同轴线缆与半导体分析仪（电流测量分辨率 0.1fA，精度 10fA）联动，构建 “探针接触 - 信号激励 - 微电流采集” 闭环。其中：
- 采用管状夹具固定探针，减少电磁干扰
- 屏蔽箱设计降低环境噪声，保障飞安级信号测量
- 支持 PCI 总线扩展，可接入矩阵开关实现多通道并行测试
三、关键测试场景与数据成果
（一）突触阵列功能验证
在 4×4 忆阻器突触阵列测试中，PEH-4 实现以下突破：
- 高效测试流程：通过 100X 显微镜定位后，探针 3μm 步进精度确保一次性接触 4 个突触节点，将单阵列测试时间从传统设备的 20 分钟缩短至 8 分钟，效率提升 60%
- 精准参数测量：成功捕捉突触导通 / 关断态电流（分别为 2.3nA 和 15.8fA），测量误差≤5%，验证了忆阻器的阻变特性
- 串扰抑制测试：通过独立真空吸附控制分区测试，发现 BL（位线）串扰电压≤20μV，满足设计阈值
（二）神经元响应特性测试
针对芯片中的 1T1M（晶体管 - 忆阻器）结构神经元：
- 利用探针台的微电压激励功能（0-200V 可调），模拟神经脉冲信号
- 测得神经元激活延迟为 120ns，时序抖动 ±3ns，符合实时性要求
- 连续 1000 次循环测试中，探针接触稳定性达 99.8%，无因定位偏差导致的测试失效
四、应用价值与项目影响
- 研发效率提升：PEH-4 的多通道适配能力使千万级节点芯片的测试周期从 6 个月压缩至 3.5 个月
- 成本控制成效：单台设备 7.5 万元投入，相比进口同类设备（均价 20 万元）降低 62.5% 采购成本
- 技术突破支撑：测试数据为优化突触阵列布局提供依据，使芯片功耗降低至传统 CMOS 架构的 1/500（据神经形态硬件测试标准）
该项目最终于 2018 年完成千万级类脑芯片原型开发，相关测试方法已纳入《神经形态硬件测试规范》参考案例。
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