Редактор «Гиктаймс»
730,2
рейтинг
28 августа 2011 в 14:46

Вскрытие Pentium III, фотографии под микроскопом

Все держали в руках обычный микропроцессор, но вряд ли кому-то приходило в голову разрезать его и рассмотреть под сканирующим электронным микроскопом. Это именно то, что сделал шведский учитель Кристиан Сторм (Kristian Storm) для наглядной демонстрации студентам устройства микрочипа. Фотографии просто потрясающие: качество позволяет рассмотреть отдельные слои процессора. Видимо, примерно такой процедурой пользовались советские инженеры, которые разбирали и копировали западные разработки. Примерно то же самое делается и сейчас для изучения продуктов конкурентов.



Все фото кликабельны и доступны в высоком разрешении.

Кристиан Сторм использовал процессор P-III. Для начала нужно было изъять непосредственно саму микросхему из пластикового корпуса (синего цвета), который находится в центре монтажной платы (зелёного цвета).

Как видно на обратной стороне монтажной платы, она нужна для вывода контактов с микропроцессора — от каждого контакта на процессоре идёт сигнал к отдельному штырьку на плате.



Сначала Кристиан подумал, что он сможет отделить микропроцессор нагреванием, но не добился ничего, кроме противного запаха. Тогда пришлось использовать грубую силу и вырезать соответствующий участок. С помощью щипцов и скальпеля он вытянул-таки чип, слегка повредив его в процессе (впрочем, Кристиан и так собирался разломать процессор для съёмки).



Вот что получилось в результате. На обратной стороне микросхемы под отломанным синим корпусом видны контакты на микросхеме. Раньше они соединялись со штырьками на плате.



Вот микросхема очищена от пластика.



Теперь начинается самое интересное: в работу вступает микроскоп. Сначала обычный оптический. Под микроскопом мы смотрим фрагмент микропроцессора с теми же контактами.



Если посмотреть ближе, то можно различить структуру внутри отверстий под контакты.



Процессор состоит из множества металлических слоёв поверх друг друга, их хорошо видно через дырочки для контактов.



Меняя фокусировку на микроскопе, можно рассмотреть эти слои по очереди. Вот верхний слой.



Средний слой.



И нижний слой.



Поскольку оптический микроскоп не обеспечивает нужной детализации, Кристиан решил использовать сканирующий электронный микроскоп. Чтобы увидеть внутренности процессора, он разломал его на части и начал рассматривать места слома. Ниже можно увидеть серию последовательных фотографий с постепенно увеличивающимся разрешением.



Микросхема перевёрнута нижней стороной вверх, так что наверху — ряд контактов, которые прежде прикреплялись к монтажной плате. Сначала ничего особенного не видно. Светлый материал между контактами — видимо, какой-то полимер для заполнения пространства.



Но дальше начинают проявляться очертания какой-то структуры.







При дальнейшем увеличении слои видны уже чётко. Можно даже подсчитать их количество: шесть.



Толщина нижнего металлического слоя составляет примерно 200-250 нм. Процессор P-III производился по техпроцессу 250 нм, а позже — 180 нм, так что этот нижний слой — последний слой с транзисторами, дальнейшее приближение уже не покажет новых элементов.



Вот как выглядит картинка в улучшенном виде.



Последняя фотография сделана в том же масштабе, только сверху. В одном месте корпус случайно обломался, так что обнажилась внутренняя структура.



Там несколько металлических слоёв друг по другом, но Кристиан не смог сделать послойные фотографии и добраться непосредственно до транзисторов (нижний слой), потому что не знает, как аккуратно снимать слои с чипа.
Анатолий Ализар @alizar
карма
681,6
рейтинг 730,2
Редактор «Гиктаймс»
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (118)

  • +37
    Советские инженеры соскабливали слои на высокоточной машинке, не делали «разрез». Но фотографии все равно впечатляют.
    • +4
      Насколько я знаю, советские инженеры не смогли скопировать уже 8086, потому что высокоточная машинка соскабливала слишком много.
      • +37
        Тогда откуда взялся KP1810BM86?
        • +6
          Да, я тоже прочитал про него на википедии.
          Был удивлен.

          Видимо, я не прав.
          • +2
            Помнится мне как Умпутун в одном из выпусков Радио-Т сказал, что советсике инжинеры даже 80386 процессор микрофрезой по слоям разбирали и изучали. Но вот вышло из этого что-то или нет, он не сказал.
            • +8
              В Воронеже или 286 или 386 (что скорее) собирались серийно выпускать, с 5 приемкой военной, так что успехи были.
              • +1
                У нас в «Кентавре» стояли ЕС 1855, эмуляция 286 на К1810ВМ86
              • +2
                Горжусь за Воронеж. Кстати, этот завод сейчас занимается газовыми счётчиками и электронными весами. А ведь могли бы пентюки штамповать…
                • +2
                  Да… в 90м году бытовала точка зрения, что наше отставание в электронике от запада 2..3 года.
                  Цифра казалась ужасной!
                  Я, тогда уч… молодой инженер, очень переживал из-за этого, надеялся что родная наука и промышленность в скорости исправят это обидное положение.
                  А в обед бегал в библиотеку, довольно большую, нашего ОКБ, и читал там толстенные номера переводного американского журнала Electronica. И так же сокрушался тому, что на русском они поступают в библиотеку с опозданием в 4 месяца! Мол как же мы их догоним, когда тут такая задержка…
                • 0
                  А наш Пензенский завод вообще бетонные плиты теперь выпускает…
      • 0
        Они «соскоблили» 286, а вот 386-ой уже упс…
        • +40
          А также «соскоблили» Fiat 500, а вот мерседес уже упс =)
          • 0
            Fiat 500 между прочим честно купили за немалые деньги, что и обеспечило залог успеха строительства АвтоВАЗа, между прочим отличная машинка была в свое время.
            И кстати, пока завод строили, очень нехило двигатель переработали в лучшую сторону.

            • +1
              Строительство АвтоВАЗа начиналось с покупки Fiat 124.
            • 0
              Про то что «АвтоВАЗ» это был Fiat 124 уже сказали.

              Так вот все «улучшения» были улучшениями в кавычках.

              Одно кардинальное изменение коснулись переработки ходовой части под российские дороги (подвеску сделали выше и мягче, тормоза сделали более мягкими, и.т.д.) в нормальных же условиях (если рассчитывать на нормальный асфальт) это скорее изменения в худшую сторону.
              Особенно упростили всё что касалось удобства в салоне, ибо советский автомобиль должен был считаться не роскошью, а средством передвижения. (Тоже сомнительное «улучшение»)
              Двигатель же просто сделали более простым, чтоб упростить сборку и ремонт.
              • 0
                На счет двигателя вы сильно заблуждаетесь, переработали систему газораспределения в современном ключе. Чем это хуже непонятно.
        • +1
          КР1847ВМ286?
      • +11
        не смешите людей!
        Киевское НПО «Электронмаш» 86 сделало! И на его базе выпускало СМ1810
        А технология основана не на соскабливании, а на испарении слоёв лазером.
      • +1
        есть многовековая ветка на хоботе, кто у кого что и как скопировал, вот можно с этой страницы начать forum.ixbt.com/topic.cgi?id=64:2829-7
      • 0
        Когда я учился в БГУИР, нам «телевизоры» преподавал очень толковый препод: так он рассказывал, как расшифровывал чипы из телевизоров самсунга, которые нарезали по слоям на «Интеграле».

        Закончилась холява тем же самым.
      • 0
        Там не соскабливают в прямом смысле слова. Технология основана на травлении в плазме, довольно простая даже для наших ученых.
    • +1
      А где можно про это почитать?
    • –1
      image
  • +1
    Как всегда, на самом интересно м месте.
  • +3
    Но дальше начинают проявляться очертания какой-то структуры.

    Я на самом деле подумал что это процесс диффузии во всей красе. Но засомневался. Скорее всего, оксид? Нет?
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • +36
      И это ещё старый Pentium III с толстенным 250нм техпроцессом
      • +6
        Кстати да. Если разобрать нынешний Intel i5, то размеры были бы колоссальные (в обратном смысле этого слова :) ).
        • –23
          Боюсь, что разобрать нынешние процессоры сложновато. Конечно точно не знаю, но где-то слышал, что при вскрытии корпуса современного процессора его кристалл уничтожается/повреждается. (защита такая от воровства)
          • +4
            Это не так.
          • +33
            Эти товарищи: chipworks.com — разбирают. И продают отчеты, в том числе есть и 32нм Интел. Рекламная презентация просмоторщика схем: www.chipworks.com/en/technical-competitive-analysis/reverse-engineering-services/ic-circuit-extraction/137-icworks-browser

            Вот есть микрофотографии Apple A4-A5 (45 нм): www.chipworks.com/en/technical-competitive-analysis/resources/technology-blog/2011/03/apple-a5-vs-a4-floorplan-comparison/

            В этом блоге есть картинки различных чипов: www.chipworks.com/en/technical-competitive-analysis/resources/technology-blog/category/advanced-cmos-technology/

            Здесь они кратко описывают, как проводится Reverse Engineering в микроэлектронике www.chipworks.com/images/content-documents/TCA/whitepapers-articles/Chipworks_Intro-ICRE.pdf
            • +17
              Кстати, на чипах можно увидеть не только проводники и транзисторы ;)
              www.chipworks.com/en/newsroom/silicon-art-library/silicon-art-gallery-4
            • +2
              Спасибо! Просто охренительные ссылки, читал пдфку про анализ чипов — фантастика, завидую безгранично людям, способным на такое. Анализ ASIC'а для аппаратного шифрования DES в качестве примера вообще супер.
            • +5
              И благодарные отзывы на китайском есть? :)
          • 0
            Мини заряд полохового детонатора?:) Сказки это. Если структуры не созданы из материала тут же разрушающегося на открытом воздухе, то ничего такого не будет.
            • 0
              Вскрыть в отсутствии присутствия «открытого воздуха» проблемно?
              • 0
                Не проблема, но осложняет задачу. А для кого нужно, тот кто обладает необходимыми технологиями, в принципе не проблема вскрыть процессор с «хирургической точностью».
          • +7
            Да, сразу приезжают люди в черных костюмах и выжигают всё напалмом.
            • 0
              Если верить рекламе Intel, то ни не в чёрных костюмах, а в белых скафандрах. Или разноцветных? Не помню.
          • 0
            Защита такая раньше точно делалась, для банковских карточек с чипом.
    • +1
      Ну вообще-то это делают роботы.
  • +1
    Прям как в советское время наши инженеры «декомпилили» западные микросхемы =)
  • +2
    Шикарный и наглядный материал. Спасибо.
  • +1
    Интересно, мне чем то напомнило фильм Трон)
  • +17
    Снимки будто с давно необитаемой планеты пришельцев… где все выжжено и нет жизни.)
    • +2
      Полезных ископаемых нет. Воды нет. Растителности нет. Населена роботами.
  • +1
    Выглядит отлично, немного похоже на анализ полисов Transmuters у Грега Игана в Диаспоре :)
  • +8
    Статейка как стирают fuse bits в микроконтроллерах: www.bunniestudios.com/blog/?page_id=40
  • +2
    В Политехническом музее в Москве, на последнем этаже в отделе где стоят компьютеры — есть стенд от Intel, и там можно рассмотреть процессор по слоям(модель не помню).
    Флешка с возможностью увеличения. Возможно ее даже можно найти на сайте производителя.
  • +4
    Чувак с доступом к электронному микроскопу мог бы и побережнее относиться к образцу… Он бы ещё каблуком его потоптал, для верности.
    • +7
      Вообще говоря скалывание — вполне нормальная методика подготовки образца. Так что все ок :)
      Если попытаться разрезать, то под поврежденным слоем, который создаст фреза, ничего рассмотреть не получится.
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • +3
      Стеклотекстолит разъедает только одна кислота — плавиковая, поскольку он содержит стекловолокно.
      • +5
        Разъедать текстолит не обязательно, достаточно растворить полимерный компаунд, которым чип крепится к плате. Обычно используется азотная кислота + ацетон (или другой растворитель) для промывки. Гораздо сложнее избавиться от защитного слоя оксида кремния на поверхности кристалла, его никакая химия не берет — приходится удалять механически: скалыванием, лазером, ультразвуковым зондом.
        • 0
          Flip-chip (именно он изображен в статье) к плате припаяны — так что можно и отпаять. Избавляться от оксида кремния необязательно, т.к. для некоторых длин волн он прозрачен.

          Кстати, как сколоть слой с верхней поверхности? Я думал, его шлифованием убирают.
          • 0
            Напутал немного. Скалыванием получают срезы «в глубину», для исследования структуры слоев. Сами слои удаляются полировкой или лазером.
            • 0
              Мне больше интересно, как обеспечивают параллельность плоскости шлифования и плоскости кристалла с погрешностью в доли микрона.
              • +13
                Как? Очень просто. Кристалл зажимается в тиски и слесарь 6-го разряда Петров драчевым напильником с нанокристалическим напылением стачивает верхний слой, контролируя процесс подглядыванием в туннельный микроскоп. Главное — не налить слесарю второй стакан, иначе вся работа может затянуться — после второго стакана слесарь нальет третий и четвертый и только после этого начнет работать, а это задержка на несколько минут.
                • 0
                  <Manv:E>
                  Видел сегодня в автобусе объявление о том, что на работу требуется слесарь 36 (!) разряда…

                  Это видимо слесарный гуру. Сенсей лепящий детали из заготовок пальцами с точностью до долей милиметра, и полирующий их подушечками пальцев до микронной точности. )

                  А на станке он так вообще нано-трубки вытачивать может.
                  bash.org.ru/quote/260646
              • +1
                Выше есть ссылки на компанию, которая этим занимается и там есть краткая пдфка — просто шикарная. Пишут что с ростом сложности чипов, и увеличением количества технологий используемых для их создания, чтобы разделять на слои приходится использовать всё больше и больше разных способов, счёт идёт на сотни — шлифовка, испарение плазмой, лазером, растворение отдельных элементов химией и т.д.
  • +2
    Когда вижу такое, не могу отделаться от мысли, что настолько сложные микросхемы проще сконструировать с нуля, чем восстанавливать реверс-инженерингом.
    • +11
      Придумать схему из транзисторов которая будет делать арифметическо-логические операции жалеко не самое сложное при производстве процессора. У студентов даже есть лаба в которой они подобную схему рисуют (на они рисуют схему которая будет реализовывать не весь набор инструкций а только одну-две и без всяких там хитрых распараллеливаний и т д, но нарисуют).

      А вот как их распложить их на кристале и соединить дорожками задача не простая. Даже трасировка платы современного телефоназадача не простая. А несколько сотек компонентов на такой плате не идет ни в какое сравнение с милионами на процессоре. Да и в добавок к оптимизации количества слоев, емкосных связей между дорожками и учетом времени распростронения сигнала, в современных процессорах еще куча проблем вылезает связанных с физикой таких маленьких объектов.

      Программы которые умеют выполнять трассировку процессора оберегают как зеницу ока. То что доступно компаниям которые решили выпустить процессор со своей архитектурой, но не имеющии штат иследователей которые смогут сами написать такое ПО, это конструкторы, в которых уже есть готовые блоки, которые соединяют между собой.
      • 0
        ПО покупается, дешевле купить, чем содержать штат исследователей + писальшиков кода.
        Сделать процессор, от уровня микро-архитектуры до получения первых образцов с фаба это 3-4 года.
        • 0
          Не всё так однозначно. Иногда выгоднее иметь свою гибкую софтину, заточенную под конкретную функцию, и содержать нечколько человек, её поддерживающих, чем платить огромные деньги за программного монстра.
  • –2
    а почему статья не оформлена как перевод?
  • +8
    Вот так, через 1000 лет после апокалипсиса, человечество будет вспоминать, как эта древняя цивилизация делала свои волшебные коробочки.
  • +28
    Все держали в руках обычный микропроцессор, но вряд ли кому-то приходило в голову разрезать его и рассмотреть под сканирующим электронным микроскопом.
    Еще как приходило! Скорее сдерживало отсутствие под рукой сканирующего электронного микроскопа.
    • +5
      … а имеющейся под рукой бинокулярной лупы МБС-2 с 87.5-кратным увеличением явно не хватало
  • +24
    Шикарно.
    Особенно впечатляет сочетание лоу-тека и хай-тека.
    «мы словно сбрасываем пианино с лестницы и по звуку пытаемся понят как оно устроено» (с)

  • +4
    Мда, смотришь и думаешь, что современные процессоры похожи на эдакие техногенные мегаполисы-города.
  • +33
    Я тоже когда-то такими вещами баловался.
    Очень старый чип карточки московского метро:
    Piccy.info - Free Image HostingPiccy.info - Free Image Hosting
    Фигня белого цвета — остатки бумаги.

    Не помню чья микросхема flash на 4 Гб:
    Piccy.info - Free Image Hosting
    Piccy.info - Free Image Hosting
    На картинках нижний слой металлизации. Верхние сняты, но, поскольку, я делал это первый раз, то куски верхних слоев осыпались на нижний.
    • +3
      Кстати, последняя картинка есть в 20 Мпикс варианте. Если кому-то интересно, могу выложить.
      • +1
        Выложите, пожалуйста.
      • +1
        Ссылку в студию!
      • +6
    • +5
      О, вспомнил, как в детстве рассматривал под микроскопом (оптическим, конечно) кристалл какой-то микросхемы. Судя по тому, что на ней было прозрачное окошко, это было какое-то УФ-стираемое ПППЗУ. Радужно переливающиеся дорожки завораживали.
      • +7
        Кажется, вот она:
        image

        Черт, ностальгия…
        • 0
          Особенно как её программировать на тумблерном программаторе…
    • 0
      Картинки стали недоступны.
      • 0
        Точно? У меня работают.
        • 0
          Пишет piccy.info image temporary unavailable. Обновление не помогает.
          • 0
            Проверил на трех разных машинах, одна из них висит в совсем другой сети. Все работает.
            На всякий случай выложил архивом на mediafire. Ссылка.
    • 0
      МммМ не на столько старый =) на рассматриваемых мною чипах ещё красовалась надпись © Phillips =) Но сфоткать не смог, на моей лейке какой-то гад угробил камеру =(((
      • 0
        рассматривал кстати оптической лейкой, кажется с 50-ти кратным объективом
  • +2
    Микроскопы у Кристиана хорошие, а вот руки — из жопы.
  • +3
    Да, ручки из опы.

    Вот у меня был старенький 468, я его тоже разломал и смотрел в детский микроскоп (который обычно используют для изучения лука). Так там такая красотищща была — как мегаполис сверху. Магистрали, крыши домов… На некоторых крышах были выгравированы лазером надписи и логотипы. Жаль, я сфоткать не могу.
  • +1
    фотографии впечатляют. Подумалось, что попади в наши руки какое-нибудь сверхвысокотехнологическое устройство инопланетян, крутили бы его под микроскопами не одну сотню лет, пытаясь хоть что-то понять
    • 0
      Слишком варварские у нас, землян, методы. Пришлось бы разломать не одну сотню устройств, наверное.
    • +4
      Угу… Если бы это доверили Кристиану, то изучение летающей тарелки проводилось бы в поперечном разломе.
    • +1
      Не факт :) Слишком линейная у вас логика. Если технология более совершенна, не обязательно сложнее для исследования. Может в этих инопланетных технологиях заложен настолько гениально-простой принцип, что даже мы поймем, как они этого добились.
      • +4
        42
      • 0
        Абсолютно согласен
  • 0
    Фотографии впечатляют.
  • +3
    Почувствуйте себя наноархеологом :)
    • 0
      Наножителем нанополиса :)
  • 0
    А интересно, наши современные археологи пробовали рассматривать в такие микроскопы какие-нибудь камушки из Египта? Мало ли что. :)

    Хотя думаю, что рассматривали, конечно.
  • +2
    Давненько мне спецы говорили, что америкосы выпускали чипы, где размещали транзисторы не в плоскостях, а на слегка сферических поверхностях, чтобы избежать именно послойного копирования.
  • +1
    Снимки напоминают звезду смерти=) Ну или хотя бы какую то неизведанную планету
  • +12
    А ещё вот что. Это только мне показалось?



    Из этой фотографии.
    • +13
      Тогда уж так:
      • +5
        So you found me
  • 0
    Снимки действительнльно впечатляют! Вы вдохновили меня рассматривать под микроскопом всю электронику, которую найду в доме.
    • +3
      Не стоит, начнёте жутко бояться микробов =)
  • 0
    Очень интересно было смотреть фотографии под электронным микроскопом, прям напоминает «we need to go deeper».
  • +3
    а где мегагерцы?
    • 0
      сразу надо роснано делать задачку конструировать петафлоты для ак-47 2.0.
  • +2
    а где гномики, которые таскают биты?
  • 0
    Микроэлектроника :-) У меня дед таким всю жизнь занимался. С детства помню огромные, во всю стену, такие вот фотографии микросхем.
  • +3
    Я в детстве таким развлекался (изучением чипов под микроскопом). Не знаю, почему профессор сам не догадался, но есть гораздо менее варварский способ извлечь чип из упаковки. Касается он в первую очередь обычных микросхем (в обычном DIP-корпусе).
    Метод прост и изящен, т.к. сам чип выдерживает высокие температуры (это часть техпроцесса при производстве), то можно просто бросить микросхему в костёр. После минут 5-10 в огне, черный корпус станет белым и очень хрупким. Достаем из костра, ждём, пока остынет, после чего пальцами разламываем корпус пополам и нам в ладонь падает аккуратный прямоугольный кристалл без сколов и царапин, готовый к изучению под микроскопом.
    Я специально говорю здесь про костёр, а не про газовую плиту на кухне, потому что во втором случае будет много вони от горящего пластика и, возможно, этим очень вредно дышать. Так что только костёр на открытом воздухе.
    • 0
      Межслойный диэлектрик практически всегда не переживет высоких температур, равно как и алюминиевые межсоединения. Так что на выживаемость выше 300-350C я бы не рассчитывал.
      • 0
        Может быть, смотря какой диэлектрик, SiO2 вполне переживёт. Естессно что чип приходит в негодность после такого, но я бы не сказал, что его структура портится, по крайней мере все эти дорожки, соединения и прочее было видно. Ну и вообще там много интересного, на чипе есть неиспользованное место по углам, там бывают всякие надписи, на AMD-шном сопроцессоре 287 было даже что-то типа изображения меча с какими-то номерами вокруг.
  • 0
    Я не понял, 3D слои (в данном случае 6 слоёв) были уже в 1998 году, а сейчас Intel снова поднимает шумиху о якобы новых 3D слоях в будущих процессорах?
    • 0
      Шумят про 2 вещи:
      1) 3-gate транзисторы (не 3D) — быстрее работают, канал с 3-х сторон окружен затвором

      2) 3D упаковка транзисторов — когда несколько слоев транзисторов на чипе (сейчас всегда 1)
  • 0
    Хех. Помнится еще в школе попалась мне целая куча совковых бескорпусных микросхем. Не знаю куда и как они применялись (может под какаху запаивались), но представляли они из себя прозрачный пластиковый чехол с дырками, где в канавках, на золотых проволочках был распят голый кристалл микросхемы. Чехол открывался легко и кристалл доставался.

    А дальше под микроскоп (Детский, Натуралист х60) и вперед, разглядывать структуры. Картинки были очень похожие :) Разве что там максимум один слой был. Ну и не процессор, а так, цифровая логика, вроде триггеров.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.