解剖CPU

作者: 阮一峰

日期: 2010年11月14日

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你有没有想过,切开CPU看看里面?

有一个瑞典Lund大学的物理学博士生,就真的这么干了,还把照片放到网上。我们知道,CPU里面是几千万到几亿个晶体管,他的目标就是看到这些晶体管。

1.

他先找到一块Intel公司的奔三(Pentium III)Coppermine芯片,主频800MHZ,生产于2000年。(我查了一下,网上的报价现在是15~30元人民币/块。)

下面是这块CPU的正面。你可以看到它分成两部分,周围是一圈绿色的电路板,中间那块蓝色的就是芯片。

(本文所有图片,都可以点击看大图。)

2.

CPU的背面是密密麻麻的针脚,用来从主板取电和通信。

3.

为了把芯片从电路板取出,动用了电锯。

4.

切断电路板,就可以取出芯片了。

5.

去掉上面的金属保护盖,芯片的庐山真面目显现了,上面有很多闪光的小点。

6.

把这块芯片放到光学显微镜下,看到那些小点都是一个个金属垫(metal pad),用来连接芯片内部与外面的电路板。

7.

拉近距离,可以看到金属垫中间的小洞里面有一些特殊结构。

8.

那里原来是一层层的导线,好像三明治叠在一起。

9.

调整显微镜,依次把焦点对准不同的导线,先是上层。

10.

然后,焦点对准中间的那层导线。

11.

最后是下层导线。

12.

导线的下面就是硅片层(晶圆),也就是晶体管的位置。但是这时,光学显微镜已经到放大的极限了,只好改用电子扫描显微镜(scanning electron microscope)。

因为没有办法去掉导线层,所以先把芯片一切二,观察横截面。

13.

可以看到芯片的底部,也就是金属层底部有一些线条。

14.

把底部放大。

15.

肉眼看到大概有六层,全部都是金属导线,估计就是刚才光学显微镜里看到的导线层。

16.

换一个更好的角度。

17.

这台电子扫描显微镜的极限是250纳米,而奔三的制造工艺是180纳米(根据wikipedia),所以没法看见更细的导线层,更不要说下面的晶体管了。

18.

换一个角度,从上往下看,依然是一层层叠加的导线。由于暂时没办法把这些导线去掉,所以晶体管层还是看不见。

(完)

留言(25条)

反向工程就是干这个,从成品芯片得到它的版图、网表.
有些 CPU 的设计版权官司也是这样去分析电路设计来证明抄袭的.

! 真的想到去看,就去了!
! 要看,就真的可以找到设备来看!
! 公共领域中,竟然到现在都看不了10年前的Intel 成品!

哇,真的是第一次看到晶体管呢

这个是近距离观察液晶分子的,图很给力。不必要像cpu需要高倍显微镜

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=110272

呵呵 阮兄可以参考一下这个
http://itbbs.pconline.com.cn/notebook/11026377.html

这谁家的孩子啊,真天真,居然还是个博士。。。晶体管就是他去掉的那层,他所谓的金属保护。他研究了半天的底层连线基板。。。那年代的CPU还是180纳米的,他的显微镜应该已经能够隐约看到了

切割,腐蚀而成的连接线

引用LaoXu的发言:

呵呵 阮兄可以参考一下这个
http://itbbs.pconline.com.cn/notebook/11026377.html

还是这个强一点,这个物理学博士是不是先搞懂结构再下手啊?拆CPU要上电锯??

这么小的东西里面竟有这么多玩间意,太牛了

呵呵,装B一把,对packaging&testing有些了解。对于一个PHD来说这个EDX分析不怎么样。

没想到小小的一块CPU,也不过一块豆腐干大小,内部的结构却那么复杂。看了这篇文章,觉得国外的电脑玩家真厉害,骨灰级的牛人不少。

引用wx_TT的发言:

晶体管就是他去掉的那层,他所谓的金属保护。他研究了半天的底层连线基板。。。那年代的CPU还是180纳米的,他的显微镜应该已经能够隐约看到了

没有啊,他磨掉的passivation是在最表层的。如果按照文中所说是6-metal的制程PA那一层到MOS那一层已经非常远了,中间6道ILD和IMD呢。0.18um的logic制程至于这么暴力地拆么~
作者渣技术,还不如我公司lab的小妹

老大,第一张图CPU下面的0119就是它的生产日期,2001年第19周。

呵呵,这个学物理的很不专业
建议大家看TEM下的图,一层一层的打磨,然后看,非常有趣
这个技术,封装和生产大家感兴趣可以搜索MEMS,很有趣!

这事我以前也干过,挺好玩的

只能说INTEL牛,超级牛,,想想我们国内的技术,达不到这种水准,,

很感慨很感慨。

大一的时候见识过,立体结构错综复杂的电路,理解它的逻辑很困难

引用LaoXu的发言:


呵呵 阮兄可以参考一下这个
http://itbbs.pconline.com.cn/notebook/11026377.html

不仅仅是物理学,这个都用到化学了

那个时代都是裸露内核的,根本没啥保护盖,作者把芯片内核当保护盖扔了还在那研究呢

感觉像是matrix

天天做的就是这些事情,可惜从来当成很普通的事情做。。。

引用wx_TT的发言:
这谁家的孩子啊,真天真,居然还是个博士。。。晶体管就是他去掉的那层,他所谓的金属保护。他研究了半天的底层连线基板。。。那年代的CPU还是180纳米的,他的显微镜应该已经能够隐约看到了

同意,今天晚上我确实是看到了这正的被解剖的CPU。亲眼见到的。可见,上亿的晶体管何在~~~

这个芯片采用的是封装为——网格焊球阵列(BGA),截面图在数字集成电路系统与设计一书中-集成电路封装一节找到。我完全同意wx_TT的意见,文中译者称的金属保护是错误的,那就是一片从晶圆上切割的一块ic,至于底下的那六层应该是多层PCB。另外180nm是指的mos场效应晶体管的沟道长度。单独的一个mos场效益晶体管的长度肯定不只这么长,250nm的显微镜未必看不到。想观察晶体管必须是从截面观察,因为晶体管只占了整个结构高度的很小一部分,而互连层则占据了垂直方向尺寸的绝大部分。

现在我们实验室流片也就.35工艺,一年整个实验室也就1~2次机会去流片,我们是小芯片,一次据说都要好几万……想想人家的技术,10年前的都比我们高级……在技术领域我们的真超级烂~~

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