我是一只攻城狮

硬件开发者之路——也聊芯片逆向的事

上一篇 / 下一篇  2018-12-08 23:54:13 / 个人分类:技术生涯

最近IC行业确实比较火,我一个菜鸟都离开这行几年了还不断接到各种猎头的电话,最后还迫切的询问我有没有前同事有跳槽意向的。看着关于集成电路各种火爆的相关新闻,我觉得这个行业真的要起飞了。回想我之前的短暂经历,也来聊聊关于IC设计中的一项重要技术——逆向工程。
注意!是逆向不是抄袭。
几年前我的第一份工作就是在一家做模拟IC的企业做设计,做功率驱动和电源之类的,实际上我不是微电子专业的,事前对于半导体的认知也就是以前在实验室里用过的那些八个脚的芯片而已。说是做设计,直到离开我都没觉得我有啥设计水平,据说这行入门得三五年,可能我离开的太早了吧。但是对于公司的主要工作和这个行业的模式还是有些行外人不知道的认知。

芯片也能抄?没接触的同学感觉小小的芯片里成千上万甚至千万的晶体管组成的电路怎么可能抄的出来?可以理解。但是,这个正和逆本身就是共存的,搞板级硬件的同学可能抄过别人的PCB板,IC逆向类似,只不过需要专业的工具而已。

第一步:去封装

去封装就是把成品芯片的塑封外壳去掉,这一步主要用浓硫酸腐蚀,腐蚀后可以漏出真正的芯片内部。

去掉塑封后:

第二步:剖片拍照

大部分芯片都不止一层,类比如PCB的单层板和多层板,需要一层层磨去后再利用高倍显微镜进行高清拍照,每层都需要拍很多张,标号后合并为一张大图。

显微镜里的芯片:

整张大图:

第三步:提取电路图

这一步最为重要,就是把显微镜拍下的器件照片组成的电路提取出来,目前有专门的软件工具进行操作,但是也有需要大量人力进行的工作,具体步骤是

1、  配置单元器件库

类似如PCB设计中的元器件库,提图先要建立该IC包含的阻容感等基础器件以及参数。

2、  框图

框图就是把图片中的器件用对应的符号标记出来,框图需要精确,因为需要知道每个器件的大小,例如MOS管的沟道长宽和GDS三端的位置,并测量出相关值。

3、  连线

每一层的照片进行框图完毕后就意味着整个IC的元器件数量

和类型已经确定,连线就是把它们按照实际的走线进行连接

起来。

就如上图中的铝线,用画笔把器件之间的所有铝线都画上,以前在公司就花费大量时间在这件工作上,讲真有点痛苦。

最后形成全部图片的连线完成大图

4、  导出

所有元器件都确定了,所有连线都确定了,最后就是导出可

编辑的电路图。

这是一个大图中的一小部分,一个个点就是元器件,如下图:

最后我们就可以利用这张电路图进行功能模块的详细整理和分析了,其中仿真是相当重要的分析方式,仿真参数模型需要根据确定的代工厂的器件模型进行,保证仿真结果和实际性能的最大一致性。

第四步、版图设计

根据原理图设计版图类似如PCB原理图到PCB布局布线。设计每个器件的大小和连线,最后形成一张非常具有艺术感的版图。

版图文件交付代工厂生产成晶圆,然后进行测试,封装等流程进入市场。

那么这样看下来感觉IC的逆向其实蛮简单的,可以说是也不是,主要有几点:

1、不简单

之所以说IC设计需要三五年入门是因为底层的电路设计需要很好的理论基础,因为所有的设计都是基于晶体管层的,做板级硬件的话很多时候只需要参考应用图即可,但是IC设计需要从底层的每一个元器件特性到模块的功能和应用的设计都面面俱到,因此IC行业里本科生其实比较少,至少都是硕士起步较多。

另外大多数板级硬件开发并不需要知道制造PCB的工艺太多知识,但是对于IC设计而言,这些工艺参数的影响简直就是致命的,寄生的电阻、电容的影响往往导致流片回来完全没功能,因此你需要对于你所设计的电路要采用的工艺参数有很深的认识,并且能够对于一些参数的影响作出预判和矫正。

2、简单

觉得IC逆向简单的主要是觉得是抄袭,按照别人一模一样难道还不简单?确实,别人产品的电路和版图都放在那里,照着来确实会节省不少时间,尤其是一些直接抄袭版图的产品,说白了就是临摹。设计上会避免不少坑,节省时间。别人用两三年开发的产品,你两三个月就出来了。

最后我也想聊聊不管是抄袭还是逆向工程的现实意义,有人说国内大部分厂家都是直接抄袭,水平太low,也许是。但是对于基础薄弱的国内IC设计行业来说,这种方式实在是不得已又不得不的一种方式,像中电旗下的很多研究所进行的一些军品FPGA等产品开发开始都是逆向的。而实际上就像我待过的那家公司,很多产品都已经是半正向的,早就可以进行很多定制化的IC开发,一些产品在底层市场上还是很有竞争力的,我觉得这就是国内IC崛起的未来。当时的师傅也说过实际上全逆向别人的其实也难受,因为别人设计本来不好的地方你还得自圆其说去解释,这就有点尴尬。所以经过一段时间后,我觉得基于企业的积累进行原创性的IC设计是必然的趋势。

而就我目前的工作而言,我又看到国际大厂在应用市场上的绝对垄断是多么恐怖,尤其是工业设备产品内部的IC,绝大部分都是那几家的,高精度的ADC、运放,以及很多的功率器件,别说中兴,如果发起全面打击,电子产业几乎全面崩溃。很多企业出于稳定性的考虑和长期的不信任,根本不愿意尝试国产IC产品,又抑制的IC的发展,也许这需要过程。

闲聊许多,还是祝愿国家富强,产业振兴,大家幸福!


TAG: IC ic 逆向 设计 硬件开发

 

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