原创 集成电路逆向工程：只需几年，所有复杂芯片都能被破解了？

研究人员绘制出的英特尔处理器示意图详细到了晶体管。

瑞士的一组研究人员即将公开隐藏在商业处理器内部的大部分秘密技术。他们将一束X光射向英特尔处理器中的一块芯片，从而立体地重现了芯片内晶体管和线路的拥挤排列。该团队说，未来这一成像技术可以继续拓展，用于为芯片内部结构创建高分辨率大比例图像。

当前，芯片行业通过探索成品芯片内部结构来对其进行逆向工程或者检查知识产权是否被滥用，该技术则与这种方法背道而驰。今天，逆向工程工具采用渐进的方式剥离处理器的每一层，然后使用电子显微镜，每次为芯片的一小块位置拍摄图像。

但是“只需再做几年这样的工作，就能够做到放入芯片就可以坐等图解画出，”南加州大学的安东尼•李维（Anthony Levi）介绍说，“芯片制造业的完全透明指日可待。这将迫使我们重新思考计算是什么。”以及，对于一家公司来说，在计算行业增加价值意味着什么。

即便这一方法并不会被大范围地用于拆卸竞争对手的芯片，它也可以在其他领域发挥作用，其中一个作用就是验证一个芯片是否只包含有预先设定的特征而并不含有“硬件木马”——可被用于恶意目的的附加电路。

这项研究是在保罗谢勒研究所（Paul Scherrer Institute）的瑞士光源（Swiss Light Source）装置上进行的。该装置是一台同步加速器；它可以使电子加速到接近光速以生成X射线。

当瑞士团队使一束X光穿过一台22纳米世代的英特尔处理器时，不同的电路元件（铜线、硅晶体管等）以不同方式对光线进行散射，造成相长与相消干涉。研究人员将光束从各种不

同的角度对准样本，通过使用一种被称为X射线叠层成像（Ptychography）的技术，可以从产生的衍射图形中重现芯片的内部结构。

该技术在所有方向上的分辨率都是14.6纳米，这只能提供单个晶体管部件相当模糊的图像。分辨率能够得到改善，但由于摩尔定律的缘故，要全速前进才能赶上芯片行业的步伐。

这并不是研究人员第一次试图使用X射线来绘制集成电路的内部图像，研究小组成员加布里埃尔•埃普利（Gabriel Aeppli）说。但是“（现在的）分辨率要优于之前。尺寸也更大了，”他说，“与能够使用其他技术操作的（集成电路）相比，芯片是个大块头了。”

成像本身也是不小的成就。样品必须保持稳定，且必须使用干涉仪来不断测量其位置。进行X射线测量需要24个小时，数据处理大概也需要同样长的时间，团队负责人梅尔科•霍勒（Mirko Holler）说。不过增加计算机应该很容易加快这一速度，他说。X射线源以及其他实验仪器部件的改进也能够将成像速度提高1000倍。

“他们现在所做的是概念验证，在这个水平上他们给人留下了深刻的印象。”TechInsights公司的荣誉退休研究员迪克•詹姆斯（Dick James）说。该公司曾将芯片拆至晶体管级别，以查看元件是如何被建造和组合到一起的。

詹姆斯表示，传统技巧取决于芯片的封装，有时候要先用硫酸进行浸泡。使用这种方法可以分析的电路数量是有实际限制的。但他注意到，通过将芯片的小型电子显微镜图片拼凑在一起可以收集到很多信息：“通过研究较小的区域可以从单元库中获得最多的信息。”

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虽然X射线叠层成像确实有可能产生更大、像素更高的图像，但还是面临若干障碍，詹姆斯说。举个例子说，尖端的芯片特征尺寸对于分辨率来说是个挑战，“芯片行业已经领先于这项技术了。”他说。另一个阻碍是需要同步光源。芯片制造工厂中不太可能出现这些机器，不过世界范围内已经出现了一些这类设施，可以给它们一点时间。

詹姆斯说，由于存在这些限制，这些成像技术最好是被用于采用古老一些的制造流程生产的芯片，这样可以获得更大的特征。许多用于军dui和空间应用的芯片就是这种情况。“如果你能够看到整个芯片，你就可以将芯片与初始设计进行比较，”詹姆斯说，从而“直接比较（以）查看是否存在任何明显缺陷或者被放入了任何额外电路。”

文章选自IEEE Spectrum中文版《科技纵览》