為了避免任何不必要的削減，新技術即非破壞性的x射線分層攝像技術已到來。據悉，這種新的技術可以在不破壞任何設計的情況下揭示現代微處理器的三維結構。

　　譯者 |風車云馬，責編 | 劉靜

　　出品 | CSDN(ID：CSDNnews)

　　以下為譯文：

　　瑞士和美國的研究人員提出一種非破壞性的x射線分層攝像技術，可以在不破壞整個芯片的情況下對其進行逆向工程。

　　逆向工程

　　x射線分層攝像技術可以對整個芯片進行掃描，也可以對一個特定的點進行放大以顯示其電路。

　　瑞士和加利福尼亞的科學家和工程師們提出了這種新的技術，可以在不破壞任何設計的情況下揭示現代微處理器的三維結構。

　　這種逆向工程通常是一個耗時的過程，需要煞費苦心地移除每一個芯片上納米級的互連層，并使用不同層次的成像技術對它們進行映射，從光學顯微鏡觀察較大的特征，到電子顯微鏡觀察最小的特征。

　　這項新技術名為ptychographic X-ray laminography(x射線分層攝像技術)，它可以被集成電路設計人員用來驗證制造出來的芯片是否符合他們的設計，也可以被政府機構用來驗證他們的集成電路中是否秘密添加硬件木馬。

　　“這是對電子芯片進行非破壞性逆向工程的唯一方法——不僅是逆向工程，還要保證芯片是按照設計制造的，”南加州大學電子與計算機工程教授Anthony F. J. Levi說，“它就像一個指紋。你可以在鑄造、設計等方面進行確定。”

　　新技術的來源

　　這項新技術源于該團隊在2017年發布的一項技術——ptychographic computed tomography(計算機斷層掃描)的改進。該技術使用同步加速器的相干x射線來掃描從芯片上切下來的10微米的pillar(柱子)。然后，研究小組通過x射線以不同的角度在pillar上衍射和散射，并計算出了要產生這種圖案，內部結構必須是什么樣的。

　　“新技術顯然是為了避免任何不必要的削減。”領導這項研究的Gabriel Aeppli解釋說。他是保羅謝勒研究所(PSI)光子科學部門的負責人，也是瑞士聯邦理工研究所的物理學教授。面對一個擁有10億個晶體管的現代芯片，研究小組想通過一種單一的技術，不僅可以對整個芯片成像，還可以放大感興趣的點。

　　先前的技術需要pillar，試圖通過整個芯片的側面，吸收很多x射線來產生一個有用的衍射圖案。但是將x射線以一定角度射入芯片會得到很小的橫截面，與此同時，這也產生了信息上的缺失。Aeppli解釋說，這些信息可以通過對事物做一些假設來重新獲得。

　　X射線的正確角度

　　Aeppli說，要找到x射線的正確角度(最終的結論是61度)，就需要平衡吸收和信息損失。

　　在這項新技術中，裸露的芯片被打磨至20微米的厚度，然后放置在傾斜61度的掃描臺上。然后，當x射線聚焦在芯片上時，臺子就會旋轉芯片。光子計數照相機接收產生的衍射圖樣。該團隊首先在低分辨率模式下，花費30個小時掃描了一個300 * 300微米的區域;然后他們放大40微米直徑的部分，生成18.9納米分辨率的3D圖像，這又需要花費60個小時。利用高分辨率模式，研究人員可以識別16納米工藝芯片中單個逆變電路的部分。

　　x射線的分層攝像

　　這項新技術被用于檢測使用16納米工藝技術制成的芯片。科學家們先是放大紅色的正方形，然后是藍色的圓形，以逐步發現更小的特征。

　　這是PSI公司的Mirko Holler設計的第一個分層照相顯微鏡，可以拍攝12毫米×12毫米的圖像——能夠容納很多芯片，比如iPhone處理器Apple A12，但對于整個Nvidia Volta GPU來說還不夠大。該技術在使用16納米工藝制造的芯片上進行了測試，還將能夠輕松處理使用新7納米工藝技術制造的芯片，其中金屬線之間的最小距離約為35至40納米。

　　研究人員說，未來的x射線分層攝像技術可以達到2納米的分辨率，或者將300 * 300微米的低分辨率檢測時間縮短到一個小時以內。

　　這些改進將來自新一代同步加速器光源。PSI的同步加速器被認為是第三代機器。但第四代機器已經開始運行，比如瑞典的MAX IV。隨著更高的x射線光子通過芯片，該系統可以在單位時間內收集更多有用的數據，從而獲得更高的分辨率和更快的處理速度。Aeppli說：“我們希望在未來的五到六年里，我們每單位時間收集的像素能提高1000到10000個像素。”

　　Ptychographic X-ray laminography顯示逆變器的金屬部件[右圖]。表現出與原電路的良好匹配[中圖，左圖]。

　　新技術的主要用途

　　通過有關芯片的更多信息，可以進一步加速x射線分層攝像技術。提前了解設計規則可以讓系統在較少光子的情況下得出結論。事實上，Aeppli認為這項技術的主要用途之一是尋找與設計不符的地方，這些地方可能是制造錯誤或其他更危險的地方。

　　“從設計中尋找偏差比逆向工程更容易，”他說，“美國對此表示在國家安全方面有很多興趣。”

　　不過，Aeppli預計芯片制造商也會使用x射線分層攝像技術。他指出：“每個附近有大型芯片制造廠的地區都有一些配備同步加速器的國家實驗室。”

　　本周Aeppli, Levi和他們的團隊會在《Nature Electronics》雜志上詳細介紹這項技術。

　　原文：https://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/design/xray-tech-lays-chip-secrets-bare