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至尊辅助-X射线技术揭露芯片秘密-黄颡门户网站

2020-01-04 08:15:09

至尊辅助-X射线技术揭露芯片秘密

至尊辅助,来源:内容来自公众号「 ieee电气电子工程师学会」,谢谢。

瑞士和加利福尼亚的科学家和工程师们已经提出了一种技术,可以在不破坏现代微处理器的情况下揭示其三维设计。

images: paul scherrer institute

通常在今天,这种逆向工程是一个耗时的过程,涉及到费力地移除芯片中许多纳米厚的互连层中的每一层,并使用不同成像技术的层次对其进行映射,从用于较大特征的光学显微镜到用于最小特征的电子显微镜。

这项名为ptychographic x射线层摄影的新技术的发明者说,这项技术可以被集成电路设计师用来验证制造出来的芯片是否与他们的设计相匹配,也可以被政府机构用来验证那些可能秘密添加到他们所依赖的ic中的“kill switches”或硬件木马。

“这是电子芯片非破坏性逆向工程的唯一方法-[而且]不仅是逆向工程,而且保证芯片按照设计制造,”南加州大学电气和计算机工程教授anthony f. j. levi说,他领导了该团队的加州团队。“你可以确定铸造厂,设计的各个方面,谁做的设计。就像指纹一样。”

这项新技术是对同一团队在2017年推出的名为ptychographic computed tomography的技术的改进。这个过程使用了来自同步加速器的相干x射线束来照亮一个10微米的柱子,这个柱子已经被从芯片的其余部分切断。研究小组随后记录了x射线如何从柱子上以不同角度衍射和散射,并计算出为了形成这种图案,内部结构必须是什么。

瑞士paul scherrer institute (psi)的光子科学部门负责人、瑞士联邦理工学院和洛桑(swiss federal institutes of technology in zürich and lausanne)的物理学教授gabriel aeppli解释说,使用这项新技术,“目的显然是完全避免做任何切割。”“一个拥有10亿个晶体管的现代芯片的占地面积比10微米还要大。”该组织希望有一种单一的技术能让他们对整个芯片成像,同时放大感兴趣的点。

先前的技术需要晶柱子的参与,因为我们要试图透过整个晶片的边缘,吸收大量的x 射线,才能产生有用的衍射图案。但是,将x射线以一定角度射入芯片会产生足够小的横截面。然而,它也产生了信息上的空白。aeppli解释说,通过对你所看到的进行一些假设,可以重新获得其中的一些信息。例如,我们知道真正的互连不能有特定的形状。

aeppli还表示,要找到x射线的正确角度(61°),平衡吸收和信息损失是一大问题。

在这项新技术中,将裸露的芯片被打磨至20微米的厚度,放置在61度倾斜的扫描台上。当x射线束聚焦在芯片上时,工作台旋转芯片。光子计数照相机接收得到的衍射图样。利用低分辨率模式下的技术,研究小组在30小时内扫描了300×300微米的区域。然后他们把40微米直径的部分进行放大,生成一个18.9纳米分辨率的3d图像,这个过程又需要60个小时。之后,研究人员利用高分辨率模式,可以识别出16纳米节点技术制作的芯片中单个逆变电路的部分。

这是psi公司mirko holler设计的第一个层照相显微镜,可以拍摄12毫米×12毫米的图像,这个图像可容纳很多芯片,比如iphone处理器apple a12,但对于整个nvidia volta gpu来说还是有点小。尽管该小组在使用16纳米工艺技术制造的芯片上测试了该技术,但它将能够舒适地处理使用新的7纳米工艺技术制造的芯片,其中金属线之间的最小距离约为35至40纳米。

研究人员说,未来版本的层摄影技术可以达到2纳米的分辨率,或者将对300×300微米部分进行低分辨率检查的时间缩短到不到一小时。

这些技术的改进最大的功劳当属新一代同步加速器同步光源。psi的同步加速器被认为是第三代机器。与此同时,第四代机器已经开始运行,比如瑞典的max iv。随着更高的x 射线光子通量通过芯片,该系统可以在单位时间内收集更多有用的数据,从而获得更高的分辨率和更快的处理速度。aeppli说到:“我们希望在未来的五到六年里,我们每单位时间收集的像素能提高1000到10000像素。”

images: paul scherrer institute

从芯片的更多信息入手,可以进一步加快x射线层摄影术的速度。提前了解设计规则可以让系统得出结论,用更少的光子就能看到什么。事实上,aeppli怀疑这项技术的主要用途之一是寻找与设计的偏差,这可能是制造错误或更险恶的迹象。

“从设计中寻找偏差比逆向工程整个设计更容易,” aeppli说。对于这项技术,美国在国家安全方面有很多兴趣。

不过,aeppli预计芯片制造商也会使用层压成像技术。他指出:“每个大型芯片制造厂的附近都有一些配备同步加速器的国家实验室。”

这项全新技术已刊登在《自然电子》杂志上。

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