芯片检测技术重大飞越 “透明芯片”时代不远了

发表时间：2017-03-24

　　近五十年来，集成电路上的晶体管密度果真如威名赫赫的“摩尔定律”所预言的一样：每两年就会翻一番。
　　这一现象的出现也就意味着：那些芯片生产商们，如英特尔、AMD或是高通，每两年就要化尽心血、想方设法地往一样标准的芯片里塞进比之前多一倍的晶体管，以便我们年复一年的用上功用更强，处理速度更快的电脑芯片。
　　这些生产商们为了在芯片中容纳更多的晶体管，就将芯片内部的晶体管阵列计划得如同城市网络般凌乱缤纷。因此，毫无悬念的是，晶体管标准被计划得越来越小，他们之间的距离也靠得越来越近。
　　举例而言，英特尔在 2014 年推出的Broadwell处理器现已将组件之间的距离减小到了 14 nm。这个距离嘛，大概是 1 张一般A4纸厚度的 1 万分之一。
　　如此精细的计划与排布，使得芯片制造商们面临着一个令他们束手无策的难题：怎样才干在不损坏芯片的前提下，去查询芯片的内部构造?毕竟，只需看到芯片的内部构造，制造商们才干确保这批现已竣工的芯片构造与他们所等候的千人一面。
　　来自瑞士的保罗谢勒研讨院(Paul Sherrer Institute，PSI)的研讨员们为这个难题找到了一个可行性的解决方案。在这篇发表于《天然》杂志上的文章中，他们运用了一项名为“叠层衍射X射线计算机断层扫描成像”的技术，成功的得到了一枚英特尔芯片的内部 3 维构造。
　　“叠层衍射成像”是一种不依赖透镜，通过恢复衍射图像中相位的成像方法。简而言之，研讨人员们向一块不断旋转的芯片照射一束X射线，接着通过电脑程序分析而得到不一样角度芯片的衍射图像，从而在电脑中重建芯片内部精细的三维构造。
　　在这次研讨里，PSI的研讨人员们先后对两枚芯片进行了检验。其间一枚是由PSI自行开发研发的，采用了110纳米技术制造的专用集成电路芯片(ASIC);另一枚则是来自英特尔的腾跃G3230处理器，这枚处理器采用了22纳米的技术，与最现代的14纳米技术仅有一步之遥。
　　运用这项技术，研讨人员们完结了高达14.6纳米的分辨率，成功的恢复了这两块芯片的内部构造。令人倍感欢欣的是，他们可以清楚地看见芯片内部的晶体管和内部电路。
　　毫无疑问，PSI研讨人员开发的这项方法，是芯片查看技术的一项严重飞越。
　　但在此之前，芯片内部的查看大多依赖于扫描电子显微镜，或透射电子显微镜来看一探毕竟。这两种惯例方法需要像剥洋葱一般，工作人员需耐心肠、一层一层地除掉芯片的上层电路，才干够毕竟提示芯片内部晶体管的描画。这一方法费时吃力不说，更令人不满的是，即使再小心翼翼，仍不可避免的会损坏芯片内部的三维构造。
　　如前文所言，跟着芯片的集成度越来越高，芯片内部晶体管的层数也日渐增多，实习内部电路的厚度有时可达约十微米之多。在这种情况下，依赖于电子显微镜、进行逐一分析晶体管的进程就显得难以为继。对于现已封装的电脑芯片而言，这两种方法更是无能为力。
　　比较于前两者，研讨人员所开发的“叠层衍射成像技术”则道高一丈。这项技术集X射线所具有的两大特征于一身：高穿透率和高分辨率。
　　不仅如此，在芯片查看这项运用中，这项技术还具有惯例电子显微镜所难以企及的两个优势：其一，避免了对芯片内构造的损坏;其二，避免了因切开不精细而致使图像的曲解变形。
　　如此一来，我们便可以运用这项技术来获取“三维构造芯片”更加无缺且准确的信息。
　　但就现在局势来看，这项技术距离实习运用还欠些春风。在本次研讨中所运用的“X射线光源”可不是某个业余爱好者可以在自家后院就能鼓捣出来的“光”。
　　研讨人员们为了得到最佳的成像效果，运用了隶属于PSI的瑞士同步辐射光源的“高相干辐射X-射线”。即使在全球，类似的同步辐射光源设备也屈指可数。
　　另一方面，这项研讨一样也耗费了不少时间，研讨人员不仅要花24小时才干完结叠层衍射实验，并且还需要另一个24小时去向理得到的数据。
　　不过，本次研讨的负责人，一同也是该论文的第一作者莫尔克·霍勒(Mirko Holler)匠意于心的在文章中表明：通过运用更多的计算机、改善实验设备以及X射线源，会将这一实验所需的时间缩短至现在的千分之一。
　　除此之外，更具挑战性的的一点在于：出名的“摩尔定律”教唆着芯片制造商们比年推出标准更小的晶体管。在这种情况下，我们查询芯片所用的“放大镜”也需要具有自己的“摩尔定律”，才不至于在这场竞赛中落下太远。
　　就现在的景象来看，芯片制造商们现已占了优势。在本次研讨中，莫尔克·霍勒所完结的最高分辨率约为 14.6 纳米，尽管这一数字十分了不起，可现在由英特尔开发的最新一代的处理器芯片，却现已迈进了10纳米制程的门槛。
　　不管怎样说，这次莫尔克等人的研讨将在“芯片无损查看”领域上留下浓墨重彩的一笔。跟着这项技术的进一步展开，或许在不远的将来，芯片内部构造的检视不再是“一锤子买卖”。
　　相反的，当我们将芯片放入某个类似的设备以后，即可一览芯片的内部构造。从这个意义上说，芯片的计划似乎变得“透明”了。
　　与此一同，对于芯片制造商来说，这一技术的问世无疑将会对这个工作发作深远的影响。通过检视芯片内部是不是存在制造缺陷这一做法，制造们可以借此实施更加严峻的质量操控和质量处理方针。
　　除此之外，我们还能运用这项技术来供认集成电路计划，了解其内部功用，amp连接器，优化其生产流程，并找出或许的失效机制。
　　从消费者的角度看，这一技术一样惹人注重。近来，硬件安全也日益成为了一个颇受注重的论题。特别是对于国防和军工工作而言，假设能将这项技术可以加以运用，他们便可以供认，芯片内部是不是存在或许盗取秘要的恶意硬件，即所谓的“硬件木马”。毕竟，一块被砸坏了的芯片但是没有半点用处的。
　　时至今日，芯片无损查看的展开没有老到，但是瑞士保罗谢勒研讨院的科学家们为实在的“透明芯片”的将来照亮了全新的路径。