Думаю, усі, хто цікавився новинками на ринку мікропроцесорів, іноді бачили маленькі фотографії нових кристалів разом з описом їхніх блоків і можливостей. Але мені завжди було цікаво подивитися, як виглядає кристал під великим збільшенням. Знайти такі зображення не так просто, але можна, особливо якщо знати правильне слово…
І це слово — “DieShot“, що, очевидно, звучить як «посмертний знімок». Походження назви стає зрозумілим, якщо знати, що виробники ніколи не викладають знімки з високою роздільною здатністю у відкритий доступ: це завжди закрита інформація. Такі знімки роблять у лабораторіях ентузіасти, просто розкриваючи чип і витягуючи з нього кристал. Зрозуміло, що після такої операції він уже «мертвий».
На жаль, якісних знімків сучасних мікропроцесорів я знайти не зміг, імовірно, через недостатню роздільну здатність використовуваних мікроскопів. Якщо ж пошукати стародавні чипи, їх чимало. Наприклад, на сайті visual6502.org є досить якісні знімки кристалів, і деякі з них настільки докладні, що можна розгледіти буквально все аж до окремих транзисторів. Якісні знімки досить великі: наприклад, завантажене мною зображення кристала процесора 80286 займає 50 МБ і має роздільну здатність 9500*9366 пікселів. Наскільки я зрозумів, це не межа, але кращі знімки вже коштують грошей.
Тепер докладніше про те, що можна побачити й зрозуміти на цих знімках
Спробуємо визначитися з розмірами та роздільною здатністю знімка. Відомо, що процесор 80286 мав площу 49 мм² — це приблизно 7*7 мм. Унизу нашого знімка є жовта масштабна смужка завдовжки 1 мм. Якщо їй довіряти, наш знімок має площу 8.8*8.67=76.297 мм², що суттєво більше, ніж заявлено в різній документації. Якщо ж спиратися на інформацію про 49 мм², можна умовно вважати, що 9500 пікселів — це 7 мм, тобто знімок містить 1357 пікселів на міліметр. Чип виготовлено за техпроцесом 1.5 мкм, що відповідає приблизно двом пікселям на нашому знімку. Досить непогано! Це означає, що ми повинні хоча б нечітко розгледіти найдрібніші елементи. На наведеному зображенні видно, що в 10 мкм уміщуються лише два провідники; з допустимою похибкою можна вважати, що так воно й є. Але за таких великих розбіжностей краще не спиратися на абсолютні розміри елементів.
Цікаво, що майже на кожному чипі, який я бачив, трапляються певні інформаційно-декоративні елементи, що вказують на авторство, виробника або серію чипа, наче призначені спеціально для того, хто дивитиметься на кристал під мікроскопом. На цьому чипі видно написи «80286» та «intel 1982». Також по краях чипа добре видно контактні майданчики. До деяких із них провідники не були припаяні, а до інших припаяно одразу два чи навіть три — це явно підведення живлення.
Майданчики живлення візуально відрізняються від інформаційних ще й шириною доріжок, які від них відходять. На знімку ліворуч унизу видно довгий контактний майданчик VCC (схоже, це «+5 В»), від якого широкі провідники розходяться вглиб кристала для живлення різних блоків. Майданчики VSS (GND) найчастіше можна розпізнати за широкими провідниками навколо всього кристала — за аналогією зі звичайними електронними схемами. Біля сигнальних майданчиків зазвичай можна помітити скупчення дрібних елементів, які, очевидно, являють собою буферний узгоджувальний елемент.
Подивившись на схему розташування виводів, можна приблизно визначити призначення контактних майданчиків. Зверніть увагу: контакти шини даних ідуть не підряд, а чергуються — D0,D8,D1,D9 і так далі. Майданчики шини адреси також перериваються контактами живлення (це зрозуміло) та контактами CLK,RESET, що, імовірно, зумовлено певними схемотехнічними міркуваннями. Як я побачив пізніше, такий самий «безлад» спостерігається й у внутрішніх шинах самого чипа: біти одного байта шини даних чергуються з бітами іншого.
Усе, що мені вдалося знайти з описів внутрішньої будови мікропроцесора 80286, — це дуже спрощена схема внутрішніх блоків, яку можна використати як підказку. Подальше розгадування внутрішньої будови кристала схоже на розв’язання дуже складної головоломки, і знайти зачіпку досить важко. Наприклад, попри те, що я достовірно позначив усі 16 контактних майданчиків шини даних, виявилося досить складно простежити хоча б один із них. За ними видно складні й погано розрізнювані структури, і, незважаючи на мої знання електроніки, розпізнати на кристалі транзистор, конденсатор або резистор вдається лише в окремих випадках.
Тут я жовтим кольором відділив умовні блоки (які, схоже, виконують функції буферних елементів для D0 та D8). Якщо придивитися, видно, що вони мають схожу структуру, дзеркально відбиту відносно розділової лінії. Зеленим пунктиром я позначив лінії даних, які вдалося простежити до цих блоків. Буферні елементи потрібні для підсилення сигналу та фільтрації шумів, адже часто до шини даних та інших сигналів, що виходять із процесора, підключається значне навантаження.
Ще одна помічена особливість, яка мене трохи здивувала, — це висячі кінці ліній під час переходів з одного шару на інший. Здавалося б, такі незатерміновані кінці можуть бути джерелом завад. Але чи то на частотах, на яких працював цей чип, це було неважливо, чи так зроблено з інших міркувань — однак у дизайні чипа вони трапляються нерідко й іноді сягають відносно великої довжини.
Буде чудово, якщо хтось мене виправить або доповнить. Я ж просто з цікавості продовжу досліджувати цей чип, але для першого допису, думаю, достатньо.
Bravo)
Круть