在芯片行業(yè)，拆解有個(gè)專業(yè)的名詞，叫做反向工程。這其實(shí)已經(jīng)是行業(yè)公開的秘密，有不少公司就在公開進(jìn)行這項(xiàng)業(yè)務(wù)。那么，集成電路的反向工程是怎樣的一個(gè)流程？其各道工序又如何進(jìn)行？

 

用大俗話來(lái)說(shuō)，找一塊有用的芯片，照照相、制制版、提提圖、畫畫圖、仿仿真，芯片電路就反求了出來(lái)；編編工藝、設(shè)計(jì)工裝、將生產(chǎn)線開動(dòng)，芯片又做了出來(lái)；再做做測(cè)試、進(jìn)行老化，芯片就可以上市了。這就是集成電路反向開發(fā)的各道工序、完整流程。下面這張圖就說(shuō)明了全過(guò)程。

 

 

剝開芯片外套

 

芯片是自帶馬甲的，那就是芯片的封裝。所以，反向工程的第一步就是要剖開芯片。下面是網(wǎng)友整理的拆解芯片過(guò)程。

   

首先把要拆解的芯片放置在裝了濃硫酸的容器里，容器需要蓋住，但不能嚴(yán)實(shí)，這樣里面的氣體才能漫溢出來(lái)。把容器里的濃硫酸加熱到沸騰（大約 300 攝氏度），在瓶底的周圍鋪上蘇打粉——用來(lái)預(yù)防意外飛濺出來(lái)的硫酸液和冒出來(lái)的硫酸氣體。

   

 

大約 30 到 40 分鐘以后，芯片外層的保護(hù)膠塑料層就會(huì)「碳化」。

   

  

待酸液冷卻以后，可以把里面那些已經(jīng)足夠「碳化」的部分挑出來(lái)，其它繼續(xù)進(jìn)行硫酸浴，外層較厚的芯片可能需要兩到三輪硫酸浴。

 

 

如果芯片外層那些焦炭不能機(jī)械地去除，那么就把它們投進(jìn)濃硝酸液里面加熱到沸騰（溫度大約是 110 到 120 度）。

 

 

這就是最后的樣子。

 

 

照相

 

 

在顯微圖像自動(dòng)采集平臺(tái)上逐層對(duì)芯片樣品進(jìn)行顯微圖像采集。與測(cè)量三維實(shí)體或曲面的逆向設(shè)計(jì)不同，測(cè)量集成電路芯片純屬表面文章：放好芯片位置、對(duì)對(duì)焦、選好放大倍數(shù)，使芯片表面在鏡頭中和顯示器上清晰可見后，按下拍照按鈕便可完成一幅顯微圖像的采集。取決于電路的規(guī)模和放大倍數(shù)，一層電路可能需要在拍攝多幅圖像后進(jìn)行拼湊，多層電路需要在拼湊后對(duì)準(zhǔn)，有顯微圖像自動(dòng)拼湊軟件用于進(jìn)行拼湊和對(duì)準(zhǔn)操作。

 

隨便估算一下：該顯微圖像自動(dòng)采集平臺(tái)的放大倍數(shù)為1000倍，可將0.1um線條的放大至0.1mm的寬度。這意味著它已足以對(duì)付目前采用最先進(jìn)工藝制作的0.09um集成電路芯片。   

 

提圖

 

 

集成電路由多層組成,每層用光刻工藝由光掩膜加以確定。制造集成電路時(shí)用的掩膜上的幾何圖形就是版圖，版圖是集成電路對(duì)應(yīng)的物理層。 

 

現(xiàn)在提圖工作已經(jīng)可以由電腦全部完成了。主流的電路原理圖分析系統(tǒng)已經(jīng)具有多層顯微圖像瀏覽、電路單元符號(hào)設(shè)計(jì)、電路原理圖自動(dòng)和交互式分析提取以及電路原理圖編輯等強(qiáng)大功能，版圖分析系統(tǒng)則可完成多層版圖輪廓自動(dòng)提取、全功能版圖編輯、嵌入軟件代碼自動(dòng)識(shí)別、提取、校驗(yàn)以及設(shè)計(jì)規(guī)則的統(tǒng)計(jì)和提取。   

提取、整理電路

 

數(shù)字電路需要?dú)w并同類圖形，例如與非門、或非門、觸發(fā)器等，同樣的圖形不要分析多次。提出的電路用電路繪制軟件繪出（ViewWork、Laker、Cadence等），按照易于理解的電路布置，使其他人員也能看出你提取電路的功能，提取電路的速度完全由提圖人員經(jīng)驗(yàn)水平確定。注意，軟件是按照版圖的位置把各組件連接起來(lái)，如果不整理電路是看不出各模塊的連接及功能的，所以完全靠軟件是不能完成電路功能塊劃分和分析。

 

分析電路

 

提取出的電路整理成電路圖，并輸入幾何參數(shù)（MOS為寬長(zhǎng)比）。通過(guò)你的分析，電路功能明確，電路連接無(wú)誤。

 

仿真驗(yàn)證，電路調(diào)整

 

對(duì)電路進(jìn)行功能仿真驗(yàn)證。模擬電路一般采用Hspice、Cadence等工具，小規(guī)模數(shù)字電路采用Cadence,Hsim等工具。根據(jù)新的工藝調(diào)整電路，－調(diào)整后進(jìn)行驗(yàn)證。

 

版圖繪制驗(yàn)證及后仿真

 

對(duì)輸入的電路原理圖進(jìn)行瀏覽、查詢、編輯、調(diào)試與仿真。分析電路原理，調(diào)節(jié)電路參數(shù)，并在一定的激勵(lì)輸入下觀測(cè)輸出波形，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的邏輯正確性。要對(duì)提取的網(wǎng)表作仿真驗(yàn)證，并與前仿結(jié)果對(duì)比，－版圖導(dǎo)出GDS文件，Tape out（將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交給制造方）。

 

爭(zhēng)論

 

 “反向設(shè)計(jì)”的提法似乎讓人很容易與侵犯別人知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)生聯(lián)系，實(shí)際上逆向設(shè)計(jì)與正向設(shè)計(jì)一樣，只是IC設(shè)計(jì)的一種技術(shù)手段，通過(guò)逆向設(shè)計(jì)獲取別人先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想用于自己的芯片設(shè)計(jì)中，并不能說(shuō)侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)。特別是對(duì)于初學(xué)IC設(shè)計(jì)的人員，通過(guò)學(xué)習(xí)和研究比較成熟的電路版圖，可以迅速增加相關(guān)電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，更快熟悉整個(gè)IC設(shè)計(jì)流程和完善IC設(shè)計(jì)知識(shí)體系。

      

目前中國(guó)的IC設(shè)計(jì)業(yè)還處在學(xué)習(xí)模仿國(guó)外的階段，早在幾年前中國(guó)的IC設(shè)計(jì)企業(yè)往往是完全復(fù)制國(guó)外的芯片。最近幾年，隨著人們對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí)的提高，都能夠采取正確的方式來(lái)對(duì)待逆向設(shè)計(jì)，即利用逆向設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)自己的芯片。

      

逆向設(shè)計(jì)非常適合模擬芯片設(shè)計(jì)，如ADC、DAC、鎖相環(huán)等模擬電路，因?yàn)槟M電路的設(shè)計(jì)往往靠經(jīng)驗(yàn)。此外，對(duì)于10萬(wàn)門以下的數(shù)字電路也適合，對(duì)于混合信號(hào)電路來(lái)講，可以適合模擬部分的反向設(shè)計(jì)服務(wù)。在時(shí)間方面，普通的逆向設(shè)計(jì)往往需要3-5個(gè)月，而小于10萬(wàn)門的數(shù)字電路逆向設(shè)計(jì)一般需要2-3個(gè)月。 

    

目前在國(guó)內(nèi)，芯愿景公司、臺(tái)灣宜碩也提供逆向設(shè)計(jì)服務(wù)；國(guó)際上著名的逆向設(shè)計(jì)企業(yè)主要有Chipworks和Semiconducto Insights(SI)公司。

 

網(wǎng)友有話說(shuō)

 

知乎網(wǎng)友spike old dog：

其實(shí)我覺得很多人對(duì)反向有誤解，這里只針對(duì)模擬和數(shù)?；旌系男酒?，其實(shí)我待過(guò)的，了解的analog幾個(gè)大廠，都會(huì)有人專門反向芯片，你以為都是自己白手起家做設(shè)計(jì)嗎。反向的目的不是為了抄襲，很多時(shí)候是為了學(xué)習(xí)，避免自己走彎路。另外一大原因也是有時(shí)看別人有沒有抄襲自己東西。

    

其實(shí)模擬集成電路那些基本的東西有什么好抄的，大家都一樣，主要是看看系統(tǒng)構(gòu)架，信號(hào)鏈路的處理過(guò)程什么的。牛的芯片有兩種，一種是每個(gè)模塊都極其經(jīng)典，整個(gè)系統(tǒng)性能卓越。另外一種是充分發(fā)揮自己process潛力，反正你沒同樣工藝，抄了也不會(huì)比我好。估計(jì)你們能看出來(lái)，前者是fabless的套路，后者是idm的套路。

    

就我自己感覺，芯片重頭做起是個(gè)非常困難的事，如果你們有別人芯片參考就舒服多了。這根本不能算抄襲，因?yàn)榧?xì)節(jié)的東西肯定不一樣。

    

當(dāng)然也有過(guò)分的，全版圖copy，你還別說(shuō)，有不少海龜干這個(gè)，這就有點(diǎn)不地道了。這種芯片一上量就會(huì)被別人告，不過(guò)呢，這些人該有的名利也都有了，這就是中國(guó)政府的尿性，不尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)，留下的是老外對(duì)中國(guó)工程師的惡劣印象，越是這樣，核心的東西就越不能讓中國(guó)人知道。

 

知乎網(wǎng)友fight shan：

數(shù)字電路的反向是非常困難的，因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō)大規(guī)模的數(shù)字處理單元是通過(guò)程序綜合成晶體管級(jí)電路，自動(dòng)出layout，模擬電路部分相對(duì)容易，因?yàn)橐?guī)模也很小，模擬電路的layout都是手工設(shè)計(jì)的，管子數(shù)量有限，電路層次化之后有經(jīng)驗(yàn)的人很容易看出其功能，另外一點(diǎn)需要注意的是，反向別人的芯片，工藝的選擇是一個(gè)重點(diǎn)，因?yàn)槟氵x擇的foundry可能和人家芯片的foundry不是一家，甚至工藝都不一樣，你能學(xué)來(lái)的是別人的電路結(jié)構(gòu)，完全照抄別人的電路（包括管子尺寸的大小，電容的大小，電阻的寬長(zhǎng)等等）可能造成電路根本不能正常工作。

 

知乎網(wǎng)友王天祺：

理論上所有芯片都能反向，但這僅僅是理論上。當(dāng)芯片規(guī)模大到一定程度的時(shí)候，這招就不合算了。比如題主所說(shuō)的這種視頻處理芯片，邏輯規(guī)模都很大，而且產(chǎn)品更新?lián)Q代快，綜合考慮成本以及時(shí)間開銷，反向是不合算的，很有可能反向的預(yù)算都足夠把那個(gè)公司買了。