En son görüntüleme teknolojisi, çipin gizemli iç kısmına dair fikirlere sahip ve sonunda "şeffaf çipler" çağı gelecek
Geçtiğimiz elli yılda, entegre devrelerdeki transistörlerin yoğunluğu gerçekten ünlü "Moore Yasası" nın öngördüğü gibi olmuştur: Her iki yılda bir ikiye katlanacak.
Bu fenomenin ortaya çıkması aynı zamanda şu anlama da geliyor: Intel, AMD veya Qualcomm gibi bu yonga üreticileri, her iki yılda bir beyinlerini rafa kaldırmak ve aynı boyuttaki yongaya iki kat daha fazla transistör yerleştirmenin yollarını bulmak zorunda. , Böylece her yıl daha güçlü performans ve daha hızlı işlem hızına sahip bilgisayar çiplerini kullanabiliriz.
Çipte daha fazla transistör barındırmak için, bu üreticiler çipin içindeki transistör dizisini bir kentsel ağ kadar karmaşık olacak şekilde tasarlarlar. Bu nedenle, transistörlerin boyutunun daha küçük ve daha küçük olacak şekilde tasarlandığı ve aralarındaki mesafenin gittikçe yaklaştığı konusunda hiçbir şüphe yoktur.
Örneğin, Intel'in 2014 yılında piyasaya sürülen Broadwell işlemcisi, bileşenler arasındaki mesafeyi 14 nm'ye düşürdü. Bu mesafe, sıradan bir A4 kağıdının kalınlığının yaklaşık on binde biri kadardır.
CPU iç yapısının şematik diyagramı ve bilgisayar çipinin taramalı elektron mikroskobu görüntüsü
Böylesine sofistike tasarım ve düzenleme ile çip üreticileri, kendilerini çaresiz kılan zor bir sorunla karşı karşıya kalıyor: Çipi bozmadan yonganın iç yapısını nasıl gözlemleyebiliriz? Sonuçta, üreticiler yalnızca çipin iç yapısını görerek, bu tamamlanmış yonga grubunun yapısının tam olarak bekledikleri gibi olmasını sağlayabilir.
İsviçre'deki Paul Sherrer Enstitüsü'nden (PSI) araştırmacılar bu soruna uygulanabilir bir çözüm buldular. Nature dergisinde yayınlanan bu makalede, " Yığınlanmış kırınım X-ışını bilgisayarlı tomografi görüntüleme "Teknoloji, Intel çipinin dahili 3 boyutlu yapısını başarıyla elde etti.
"Çok katmanlı kırınım görüntüleme", lenslere dayanmayan ve kırınım görüntüsündeki fazı geri yükleyen bir görüntüleme yöntemidir. Kısacası, araştırmacılar bir X-ışını demetini sürekli dönen bir çipe ışınladılar ve ardından çipin kırınım modellerini bilgisayar programı analizi yoluyla farklı açılarda analiz ettiler. Böylelikle çipin içindeki hassas üç boyutlu yapı bilgisayarda yeniden oluşturulabilir.
Bu çalışmada, PSI araştırmacıları iki çipi test etti. Bunlardan biri PSI tarafından geliştirilmiş ve geliştirilmiş ve 110 nanometrelik bir işlemle yapılan uygulamaya özel bir entegre devre yongası (ASIC); diğeri ise 22 nanometre işlem kullanan Intel'den bir Pentium G3230 işlemcidir. En modern 14 nanometre sürecinden sadece bir adım uzakta.
PSI'ın kendi yaptığı ASIC çipinin 3B yapısı ve ilgili 2B görüntüsü
Bu teknolojiyi kullanarak, Araştırmacılar 14,6 nanometreye kadar bir çözünürlük elde ettiler ve iki yonganın iç yapısını başarıyla restore ettiler. Memnuniyet veren şey şu ki Çipin içindeki transistörleri ve iç devreleri açıkça görebilirler.
Hiç şüphe yok ki, PSI araştırmacıları tarafından geliştirilen bu yöntem, Bu, talaş inceleme teknolojisinde büyük bir adımdır.
Ancak ondan önce, çipin içindeki tespit, ne olduğunu görmek için çoğunlukla taramalı elektron mikroskobu veya transmisyon elektron mikroskobuna dayanıyordu. Bu iki geleneksel yöntemin bir soğanı soymak gibi olması gerekir İşçilerin, çipin içindeki transistörün topografisini ortaya çıkarmak için çip katmanının üst devresini sabırla kaldırması gerekir. Bu yöntem zaman alıcı ve zahmetlidir. Daha da tatminsiz olan şey, Büyük bir özenle bile çipin içindeki üç boyutlu yapıya kaçınılmaz olarak zarar verecektir.
Yukarıda belirtildiği gibi, yongaların entegrasyonu arttıkça ve yükseldikçe, çip içindeki transistör katmanlarının sayısı da artmaktadır ve gerçek iç devre kalınlığı bazen yaklaşık on mikrona kadar ulaşabilir. Bu durumda, transistörleri tek tek analiz etmek için elektron mikroskobuna güvenme süreci sürdürülemez hale gelir. Paketlenmiş bilgisayar çipleri için bu iki yöntem daha da güçsüzdür.
Purdue Üniversitesi'nden bir elektronik meraklısı, bir bilgisayar çipinin içinde ne olduğunu bulmak için, çipi ceviz gibi büyük bir deliğe çarptı. (Aşağıda gösterildiği gibi)
Parçalanmış çip
Araştırmacılar tarafından geliştirilen "yığılmış kırınım görüntüleme teknolojisi", önceki ikisiyle karşılaştırıldığında büyük bir gelişmedir. Bu teknoloji, X ışınlarının iki ana özelliğini birleştirir: Yüksek penetrasyon oranı ve yüksek çözünürlük.
Sadece bu değil, aynı zamanda talaş incelemesi uygulamasında, Bu teknolojinin aynı zamanda geleneksel elektron mikroskopları ile elde edilemeyen iki avantajı vardır: Birincisi, çipin iç yapısının zarar görmesini önler; ikincisi, kesin olmayan kesimin neden olduğu görüntünün bozulmasını önler.
Bu şekilde, insanlar "üç boyutlu yapı çipi" hakkında daha eksiksiz ve doğru bilgi elde etmek için bu teknolojiyi kullanabilirler.
Intel işlemcinin başka bir üç boyutlu şematik diyagramı
Ancak mevcut durumdan, Bu teknoloji, pratik uygulamasına hala bir şeyler borçludur. Bu çalışmada kullanılan "X-ışını ışık kaynağı", bir amatörün arka bahçesinde kurcalayabileceği "ışık" değildir.
En iyi görüntüleme sonuçlarını elde etmek için araştırmacılar, PSI'ya ait İsviçre senkrotron radyasyon kaynağının "yüksek uyumlu radyasyon X-ışını" nı kullandılar. Dünyada bile, birkaç benzer senkrotron radyasyon kaynağı tesisi vardır.
Öte yandan, bu araştırma da çok zaman aldı.Araştırmacıların yığılmış kırınım deneyini tamamlamaları sadece 24 saat değil, elde edilen verileri işlemek için de 24 saat daha sürdü.
İsviçre ışık kaynağının havadan görünümü
Ancak bu araştırmadan sorumlu kişi ve makalenin ilk yazarı Mirko Holler, makalesinde kendinden emin bir şekilde şunları söyledi: Daha fazla bilgisayar kullanarak, deneysel ekipman ve X-ışını kaynaklarını iyileştirerek, Bu deney için gereken süre, mevcut deneyimin binde birine indirilecek.
Ek olarak, daha zor olan nokta şudur: Tanınmış "Moore Yasası" yonga üreticilerini yıldan yıla daha küçük transistörler sunmaya yönlendiriyor. Bu durumda, insanların çipi gözlemlemek için kullandıkları "büyüteç" de, bu rekabette çok fazla düşmemek için kendi "Moore Yasası" na sahip olmalıdır.
Mevcut duruma bakılırsa, çip üreticileri zaten galip geldi. Bu araştırmada Mork Holler'in ulaştığı en yüksek çözünürlük yaklaşık 14.6 nanometre ... Bu sayı çok etkileyici olsa da Intel'in geliştirdiği son nesil işlemci yongaları şimdiden 10 nanometre sürecine girmiş durumda. Eşik.
Ne olursa olsun, Bu kez, Mork ve diğerlerinin araştırması "tahribatsız çip testi" alanında güçlü bir iz bırakacak. Bu teknolojinin daha da gelişmesiyle birlikte, belki de yakın gelecekte, çipin iç yapısının incelenmesi artık "tek seferlik bir anlaşma" olmayacak.
Aksine insanlar çipi benzer bir cihaza koyduklarında çipin iç yapısını görebilirler. Bu anlamda çip tasarımı "şeffaf" hale gelmiş gibi görünüyor.
Mirko Holler (sağda) ve Manuel Guizar-Sicairos (solda) gazetesinin yazarları
Aynı zamanda çip üreticileri için Bu teknolojinin ortaya çıkışı şüphesiz sektörü etkileyecek Derin bir etki yaratın. Üreticiler, çipin içinde üretim hataları olup olmadığını inceleyerek daha sıkı kalite kontrol ve kalite yönetimi politikaları uygulayabilir.
Ek olarak, insanlar bu teknolojiyi entegre devre tasarımını onaylamak, dahili işlevlerini anlamak, üretim sürecini optimize etmek ve olası arıza mekanizmalarını bulmak için de kullanabilir.
Tüketici açısından bakıldığında bu teknoloji de dikkat çekiyor. Son zamanlarda, donanım güvenliği giderek daha fazla önem kazanan bir konu haline geldi. Özellikle ulusal savunma ve askeri endüstriler için, eğer bu teknoloji kullanılabilirse, çip içinde "donanım Truva Atı" adı verilen sırları çalabilecek herhangi bir kötü amaçlı donanım olup olmadığını doğrulayabilirler. Sonuçta, kırık bir çip işe yaramaz.
Bugün, tahribatsız çip testinin geliştirilmesi henüz olgunlaşmadı, ancak İsviçre'deki Paul Scherer Enstitüsü'ndeki bilim adamları Gerçek "şeffaf çip" geleceği için yeni bir yolu aydınlatıyor.
