近日EDN小编在IEEE上看到了一个惊天的视频,瑞士的一组研究人员能把商业处理器一层层的暴露出来。视频中,他们将一束X光射向英特尔处理器中的一块芯片,从而立体地重现了芯片内晶体管和线路的拥挤排列。

该团队说,未来这一成像技术可以继续拓展,用于为芯片内部结构创建高分辨率大比例图像。芯片行业可以通过探索成品芯片内部结构,来对其进行逆向工程或者检查知识产权是否被滥用。

他们是怎么干的?

这些瑞士人的逆向工程工具,是采用渐进的方式剥离处理器的每一层,然后使用电子显微镜,每次为芯片的一小块位置拍摄图像。

033ednc20170711 图:从X射线射向Intel G3260处理器,通过衍射数据重建了铜线(黄色)层到晶体管级。

“再研究几年这样的工作,人们就可以放入芯片,然后得出原理图。”南加州大学的Anthony Levi介绍说,“芯片制造业的完全透明指日可待。这将迫使我们重新思考计算是什么?以及对于一家公司来说,在计算行业增加价值意味着什么。”

当然,这种方法除了被大范围地用于拆解竞争对手的芯片,它也会有一些“积极”的作用,比如:验证一个芯片是否只包含有预先设定的特性,而并不含有“硬件木马”,即被用于恶意目的的附加电路。

这项研究是Paul Scherrer Institute的Swiss Light Source设备上进行的。该设备是一台同步加速器;它可以使电子加速到接近光速以生成X射线。

当瑞士团队使一束X光穿过一台22纳米的英特尔处理器时,不同的电路元件(铜线、硅晶体管等)以不同方式对光线进行散射,造成相长与相消干涉。研究人员将光束从各种不同的角度对准样本,通过使用一种被称为X射线叠层成像(ptychography)的技术,可以从产生的衍射图形中重现芯片的内部结构。

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该技术在所有方向上的分辨率都是14.6纳米,这只能提供单个晶体管部件相当模糊的图像。分辨率能够得到改善,但由于摩尔定律的缘故,要全速前进才能赶上芯片行业的步伐。

这并不是研究人员第一次试图使用X射线来绘制集成电路的内部图像,研究小组成员Gabriel Aeppli说。“但是现在的分辨率要优于之前。尺寸也更大了,”他说,“与能够使用其他技术操作的集成电路相比,芯片是个大块头了。”

成像本身也是不小的成就。样品必须保持稳定,且必须使用干涉仪来不断测量其位置。进行X射线测量需要24个小时,数据处理大概也需要同样长的时间,团队负责人Mirko Holler说。不过增加计算机应该很容易加快这一速度,他说。X射线源以及其他实验仪器部件的改进也能够将成像速度提高1000倍。

技术挑战

虽然X射线叠层成像确实有可能产生更大、像素更高的图像,但还是面临若干障碍。

例如,越来越小的芯片对于分辨率来说是个挑战,“芯片行业已经领先于这项技术了。”他说。

另一个阻碍是需要同步光源。芯片制造工厂中不太可能出现这些机器,不过有其他国家已出现了一些这类设施。

目前的成像技术,比较适合一些落后制造工艺生产的芯片,这样可以获得更大的特征。许多用于军队和空间应用的芯片就属于这类。

通过x光成像看整个芯片,还有个好处是:可以将芯片与初始设计进行比较,查看是否存在任何明显缺陷、或者被放入了任何额外电路。

不过EDN小编认为,虽然这项技术看着很酷,但即使能获得完整的结构物理图,考虑到现在多数芯片都有海量的软件在其中,弄清楚芯片中发生的情况可能不是那么简单,所以反向工程并不是那么好做。

不过,这种技术似乎对于工艺流程验证来说会很有用,可以轻松的验证间距和尺寸,而不用触碰晶圆,这会是一个理想的故障分析工具。

(参考资料:IEEE Spectrum)

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