瑞士的一組研究人員即將公開隱藏在商業(yè)處理器內(nèi)部的大部分秘密技術(shù)。他們將一束X光射向英特爾處理器中的一塊芯片，從而立體地重現(xiàn)了芯片內(nèi)晶體管和線路的擁擠排列。該團(tuán)隊(duì)說，未來這一成像技術(shù)可以繼續(xù)拓展，用于為芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)創(chuàng)建高分辨率大比例圖像。
當(dāng)前，芯片行業(yè)通過探索成品芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)來對其進(jìn)行逆向工程或者檢查知識產(chǎn)權(quán)是否被濫用，該技術(shù)則與這種方法背道而馳。今天，逆向工程工具采用漸進(jìn)的方式剝離處理器的每一層，然后使用電子顯微鏡，每次為芯片的一小塊位置拍攝圖像。
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但是“只需再做幾年這樣的工作，就能夠做到放入芯片就可以坐等圖解畫出，”南加州大學(xué)的安東尼?李維（Anthony Levi）介紹說，“芯片制造業(yè)的完全透明指日可待。這將迫使我們重新思考計算是什么?！币约?，對于一家公司來說，在計算行業(yè)增加價值意味著什么。
即便這一方法并不會被大范圍地用于拆卸競爭對手的芯片，它也可以在其他領(lǐng)域發(fā)揮作用，其中一個作用就是驗(yàn)證一個芯片是否只包含有預(yù)先設(shè)定的特征而并不含有“硬件木馬”——可被用于惡意目的的附加電路。
這項(xiàng)研究是在保羅謝勒研究所（Paul Scherrer Institute）的瑞士光源（Swiss LightSource）裝置上進(jìn)行的。該裝置是一臺同步加速器；它可以使電子加速到接近光速以生成X射線。
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當(dāng)瑞士團(tuán)隊(duì)使一束X光穿過一臺22納米世代的英特爾處理器時，不同的電路元件（銅線、硅晶體管等）以不同方式對光線進(jìn)行散射，造成相長與相消干涉。研究人員將光束從各種不同的角度對準(zhǔn)樣本，通過使用一種被稱為X射線疊層成像（ptychography）的技術(shù)，可以從產(chǎn)生的衍射圖形中重現(xiàn)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
該技術(shù)在所有方向上的分辨率都是14.6納米，這只能提供單個晶體管部件相當(dāng)模糊的圖像。分辨率能夠得到改善，但由于摩爾定律的緣故，要全速前進(jìn)才能趕上芯片行業(yè)的步伐。
這并不是研究人員第一次試圖使用X射線來繪制集成電路的內(nèi)部圖像，研究小組成員加布里埃爾?埃普利（Gabriel Aeppli）說。但是“（現(xiàn)在的）分辨率要優(yōu)于之前。尺寸也更大了，”他說，“與能夠使用其他技術(shù)操作的（集成電路）相比，芯片是個大塊頭了。”
成像本身也是不小的成就。樣品必須保持穩(wěn)定，且必須使用干涉儀來不斷測量其位置。進(jìn)行X射線測量需要24個小時，數(shù)據(jù)處理大概也需要同樣長的時間，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人梅爾科?霍勒（Mirko Holler）說。不過增加計算機(jī)應(yīng)該很容易加快這一速度，他說。X射線源以及其他實(shí)驗(yàn)儀器部件的改進(jìn)也能夠?qū)⒊上袼俣忍岣?000倍。
“他們現(xiàn)在所做的是概念驗(yàn)證，在這個水平上他們給人留下了深刻的印象?！盩echInsights公司的榮譽(yù)退休研究員迪克?詹姆斯（Dick James）說。該公司曾將芯片拆至晶體管級別，以查看元件是如何被建造和組合到一起的。
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詹姆斯表示，傳統(tǒng)技巧取決于芯片的封裝，有時候要先用硫酸進(jìn)行浸泡。使用這種方法可以分析的電路數(shù)量是有實(shí)際限制的。但他注意到，通過將芯片的小型電子顯微鏡圖片拼湊在一起可以收集到很多信息：“通過研究較小的區(qū)域可以從單元庫中獲得最多的信息。”
雖然X射線疊層成像確實(shí)有可能產(chǎn)生更大、像素更高的圖像，但還是面臨若干障礙，詹姆斯說。舉個例子說，尖端的芯片特征尺寸對于分辨率來說是個挑戰(zhàn)，“芯片行業(yè)已經(jīng)領(lǐng)先于這項(xiàng)技術(shù)了。”他說。另一個阻礙是需要同步光源。芯片制造工廠中不太可能出現(xiàn)這些機(jī)器，不過世界范圍內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了一些這類設(shè)施，可以給它們一點(diǎn)時間。
詹姆斯說，由于存在這些限制，這些成像技術(shù)最好是被用于采用古老一些的制造流程生產(chǎn)的芯片，這樣可以獲得更大的特征。許多用于軍隊(duì)和空間應(yīng)用的芯片就是這種情況?！叭绻隳軌蚩吹秸麄€芯片，你就可以將芯片與初始設(shè)計進(jìn)行比較，”詹姆斯說，從而“直接比較（以）查看是否存在任何明顯缺陷或者被放入了任何額外電路。”
作者：Rachel Courtland
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