Кристалл микропроцессора под микроскопом. часть 1

80286 processor smallДумаю все кто интересовался новинками на микропроцессорном рынке иногда видели маленькие фотографии новых кристаллов вместе с описанием их блоков и возможностей. Но мне всегда было интересно посмотреть как же выглядит кристалл под большим увеличением. Найти такие изображения не так просто, но можно, особенно если знать правильное слово….

микроскопИ слово это «DieShot«, что очевидно звучит как «посмертный снимок». Происхождение названия становится понятным, если знать, что производители никогда не дают снимков с высоким разрешением в открытый доступ — это всегда закрытая информация. Делают такие снимки в лабораториях энтузиасты — просто напросто вскрывая чип и извлекая из него кристалл. Понятно что после такой операции он уже «мертв».

К сожалению качественных снимков современных микропроцессоров я найти не смог, вероятно по причине недостаточного разрешения используемых микроскопов, если же поискать древние чипы, то их не мало, например на сайте visual6502.org есть достаточно качественные снимки кристаллов и некоторые из них настолько детальны, что можно разглядеть буквально все вплоть до отдельных транзисторов. Качественные снимки довольно большие, например скачанное мною изображение кристалла 80286 процессора занимает 50Мб и имеет разрешение 9500*9366 пикселей. Это насколько я понял не предел, но лучшие снимки уже стоят денег.

Теперь подробнее о том, что же можно увидеть и понять на этих снимках

линейка масштаба на увеличенном фотоПопытаемся определится с размерами и разрешением снимка. Известно что 80286 процессор имел площадь 49мм кв. это примерно 7*7мм. В низу нашего снимка есть масштабная желтая полоска, длиной 1мм и если доверять этому то наш снимок имеет площадь 8.8*8.67=76.297мм.кв. это существенно больше чем заявлено в разных документациях. Если же опереться на информацию о 49мм.кв. то условно можно считать что 9500 пикселей это и есть 7мм, то есть снимок содержит 1357 пикселей в одном миллиметре. Чип сделан по техпроцессу 1.5мкм, что соответствует примерно двум пикселям на нашем снимке. Вполне неплохо! Это обозначает что мы должны на этом снимке хотя бы смутно разглядеть мельчайшие элементы. На приведенном изображении видно, что в 10мкм укладывается всего лишь два проводника — с допустимой погрешностью можно думать что так оно и есть. Но при таких больших расхождениях лучше будет не опираться на абсолютные размеры элементов.

надпись 80286 на чипе

Что интересно, почти на каждом виденном мною чипе встречаются и некоторые информационно-декоративные элементы, указывающие на авторство, компанию производителя или серию чипа, как будто предназначенные специально для того кто будет смотреть на кристалл под микроскопом. На этом чипе видна надпись «80286» и «intel 1982». Также, если обратить внимание на края чипа, то по периметру хорошо видны контактные площадки. Причем к некоторым из них не были подпаяны проводники, а к некоторым подпаяно сразу два а то и три — это явно подвод питания.

контактные площадки на кристаллеПлощадки питания от информационных визуально отличаются еще и шириной идущих от них дорожек. На снимке слева внизу видна длинная контактная площадка VCC (похоже это «+5В»), от которой широкие проводники расходятся в глубь кристалла для питания различных блоков. Площадки VSS (GND) чаще всего можно распознать по идущим вокруг всего кристалла широким проводникам — по аналогии с обычными электронными схемами. Возле сигнальных площадок же, обычно можно заметить нагромождение мелких элементов, очевидно представляющих собой буферный  согласующий элемент.

распиновка процессора 80286Посмотрев на схему распиновки выводов можно прикинуть какие контактные площадки куда относятся. Обратите внимание что контакты шины данных идут не подряд а чередуются — D0,D8,D1,D9 и так далее. Площадки шины адреса тоже прерываются контактами питания (это понятно) и контактами CLK,RESET, что вероятно вызвано какими то схемотехническими соображениями. Как я увидел позже, такой же «беспорядок» наблюдается и во внутренних шинах самого чипа, чередуя биты одного байта шины данных  с другим.

микро-архитектура процессора 80286

Все что мне удалось найти из описания внутреннего устройства 80286 микропроцессора это очень упрощенная схема внутренних блоков, которую можно использовать как подсказку. Дальнейшее разгадывание внутреннего устройства кристалла похоже на решение очень сложной головоломки, и зацепится за что-то достаточно сложно. Так например, несмотря на то что я достоверно отметил все 16 контактных площадок шины данных, оказалось достаточно сложно проследить хотя бы одну из них, ведь за ними видны достаточно сложные и плохо различаемые структуры, и несмотря на свои познания в электронике, распознать на кристалле транзистор-конденсатор-резистор удается лишь в отдельных случаях.

фрагмент кристалла 80286 на котором видны буферные элементыЗдесь я желтым цветом отделил условные блоки (выполняющие похоже функции буферного элемента для D0 и D8), и если присмотреться то видно что они имеют похожую структуру, зеркально отраженную относительно разделительной линии. Зеленым пунктиром я обозначил линии данных, которые мне удалось проследить до этих блоков. Буферные элементы нужны для усиления сигнала и фильтрации шумов, ведь зачастую на шину данных, да и на другие идущие из процессора сигналы, навешивается серьезная нагрузка.

висячие проводники в кристалле микропроцессораЕще одна замеченная особенность, которая меня немного удивила — это висячие концы линий, при переходах с одного слоя на другой. Казалось бы, такие незатерминированные концы могут быть источником помех, но то ли на тех частотах, на которых работал этот чип это было не важно, то ли так сделано из каких-то других соображений, однако встречаются в дизайне чипа они не редко и иногда доходят до относительно большой длины.

Будет замечательно, если кто-либо меня поправит или дополнит, а я просто из интереса буду ковырять этот чип дальше, но для первого поста думаю достаточно.

Продолжение разборки микропроцессора 80286. часть 2

Запись опубликована в рубрике Без рубрики. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Один комментарий: Кристалл микропроцессора под микроскопом. часть 1

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *