关于芯片逆向的问题用显微镜如何区分这些电路的功能？
在芯片逆向的世界里，显微镜绝对是我们的“火眼金睛”。它不是简单的放大物体，而是揭示芯片内部奥秘的利器。要用显微镜来区分电路的功能，这可不是一蹴而就的事，需要扎实的知识基础和细致的操作。我这就跟你掰开了揉碎了说，就像咱们俩围着一张桌子，慢慢研究一样。
首先，得明白显微镜在芯片逆向里扮演的角色。它最主要的作用就是观察，但不是凭空观察。我们看到的东西，必须结合理论去解读。所以，这不是看到一条线就知道它是啥，而是看到它的形态、它和其他元件的连接方式，再套上我们对半导体工艺、集成电路设计的理解，才能推断出它的功能。
显微镜的选择与准备：我们得工欲善其事，必先利其器。
光学显微镜 (Optical Microscope): 这是最基础也是最常用的。
明场显微镜 (Brightfield Microscope): 这是最常见的类型，光线从下方穿过样品，然后进入物镜。对于观察芯片表面的金属层、多晶硅等结构很有效。
暗场显微镜 (Darkfield Microscope): 它的原理是让光线绕过直接进入物镜的光路，只让样品散射的光进入。这样，样品中的微小缺陷或者边界就显得异常明亮，对于区分不同材料的边界、或者查看一些细微的纹理非常有用。
微分干涉对比显微镜 (DIC, Differential Interference Contrast): 这是一种更高级的光学显微镜，它利用偏振光和光程差来产生立体感，能够很好地显示出样品表面的细微起伏和纹理，对于区分不同材料层和早期阶段的etch（刻蚀）痕迹很有帮助。
变焦体视显微镜 (Stereo Microscope): 这种显微镜提供立体视角，放大倍数相对较低（几十倍到几百倍），主要用于拆解、机械操作、或者对芯片进行初步的观察。它的景深比较大，操作起来也更方便。
扫描电子显微镜 (SEM, Scanning Electron Microscope): 这是我们进行更深入分析的“重武器”。
SEM利用聚焦的电子束扫描样品表面，通过探测样品反射或发射的二次电子、背散射电子等来成像。
优点: 分辨率极高，能达到纳米甚至亚纳米级别，景深大，能提供高质量的表面形貌图像。还能配合能量色散X射线谱仪 (EDS, Energydispersive Xray Spectroscopy) 进行元素成分分析，这在区分不同金属层（如铝、铜、钨）时非常关键。
缺点: 样品需要导电（通常需要镀金或碳），真空环境，对样品有一定破坏性（虽然通常是物理上的）。
在观察之前，我们还需要对芯片进行一些预处理：
1. 去封装 (Decapsulation): 这是第一步，把芯片外面的塑封或者陶瓷外壳去掉，露出里面的裸露芯片。这个过程需要非常小心，通常使用化学腐蚀（比如酸洗）或者物理研磨的方式，确保不损伤芯片内部的电路。
2. 清洗 (Cleaning): 去封装过程中可能会留下化学残留物或者颗粒，需要用超声波清洗或者特定的溶剂进行彻底清洗，保证观察的清晰度。
如何用显微镜“读懂”电路？这才是核心的技巧。
当我们把处理好的芯片放到显微镜下，看到的不是一堆杂乱的线，而是一个有规律、有层次的“微缩城市”。我们要做的就是理解这个城市的“建筑风格”和“交通网络”。
1. 结构与形态的识别：这是最直观的线索。
金属层 (Metal Layers): 集成电路内部的信号传输主要依靠金属导线。
宽度与间距 (Width and Spacing): 通常情况下，越靠近输入输出端（pad）或者电源/地线，金属线的宽度会越宽，以承载更大的电流。内部连接信号线的宽度相对较细。不同功能区域之间的连接线，其粗细也可能暗示着信号的性质（如时钟线通常会做得比较粗，以减小信号延迟和串扰）。
层数 (Number of Layers): 现代芯片通常有多层金属互连。SEM下可以看到不同金属层之间的垂直连接，也就是通孔 (Vias)。通孔的分布和大小也包含信息，例如，连接主电源和地网络的通孔通常会比连接信号网络的通孔更大、更多。
材料: SEM结合EDS，可以识别出金属的成分，例如，早期芯片常用铝，而现代高性能芯片多用铜。这可以通过观察X射线光谱中的元素特征峰来判断。
走线风格 (Routing Style): 有些信号线会特别规整地排列，比如时钟线会走成梳状或者网状，以便均匀地分配时钟信号。总线信号（如数据总线）可能会平行密集排列。
多晶硅层 (Polysilicon Layers): 这是场效应管 (FET) 的栅极。
栅极形状与尺寸: 观察多晶硅栅的形状和长度（L）以及宽度（W），这是设计CMOS电路的核心参数。不同的栅极尺寸直接影响晶体管的性能（速度、驱动能力等）。
与源漏区的关系: 多晶硅栅下方通常会形成源区和漏区。可以通过观察多晶硅与下方半导体材料的接触情况来推断。
氧化层与绝缘层 (Oxide and Dielectric Layers): 这些层将不同的导电层隔开。
介电常数 (Dielectric Constant): 不同材料的介电常数会影响信号的延迟和串扰。虽然直接用显微镜区分不同类型的介质（如SiO2 vs. lowk dielectrics）有难度，但可以通过观察它们的厚度、光滑度以及与相邻导电层的边缘特征来做一些推测。例如，低介电常数材料可能需要更复杂的加工工艺，表面可能显得更“特殊”。
晶体管本身 (Transistors): 我们可以看到构成电路的基本单元。
NMOS与PMOS: 在某些先进的工艺下，NMOS和PMOS晶体管在结构上会有细微差别，例如，PMOS的源漏区掺杂浓度可能与NMOS不同。观察它们的尺寸、形状以及周围的布局，并结合前面提到的金属层和多晶硅层，可以判断出它们的功能。
工艺特征: 例如，高k金属栅（HKMG）工艺会在栅极氧化物上使用高介电常数材料，这在SEM下可能有特殊的形貌。
2. 布局与连通性分析：这是揭示功能逻辑的关键。
功能模块的识别 (Identification of Functional Blocks):
规律性: 大规模集成电路中，相似功能的电路会以模块化的方式出现。例如，存储器（如SRAM）通常会有非常规律的、重复的单元阵列。ADC/DAC模块会有特定的结构，例如开关电容网络、流水线结构等。
相对位置: 将观察到的电路结构与已知的IP核（Intellectual Property Core）或者通用逻辑单元（如门电路、触发器）的布局模式进行比对。例如，一个区域出现大量金属层之间密集连接且结构相似的晶体管，很可能是一个SRAM单元。如果看到一个区域有规律的延时单元链，可能是一个数模转换器的主要部分。
信号流向与逻辑关系推断 (Inferring Signal Flow and Logic Relationships):
关键信号的追踪: 通过SEM追踪一些关键信号线，比如输入输出端口的连接、时钟网络的分布、复位信号的传播路径等。
组合逻辑与时序逻辑的区分:
组合逻辑: 通常由一系列的门电路（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）组成，这些门电路的输入输出通过金属线连接。我们可以通过识别这些基本门电路的结构（通常是几个晶体管的组合）来推断其逻辑功能。
时序逻辑: 如触发器（Flipflops）和寄存器（Latches），它们通常由更多的晶体管组成，并且会有反馈回路来存储状态。识别这些具有反馈结构的电路，可以判断它们是构成时序逻辑的关键。例如，一个锁存器通常是两个交叉耦合的反相器加上一些控制信号。
电源和地线的识别 (Power and Ground Identification):
电源线和地线通常是芯片中最粗、最密集的金属层，它们会贯穿整个芯片，为各个模块供电。在显微镜下，它们会形成网络状的结构，并且通常与大量的通孔连接。识别出这些主干网络，有助于我们理解信号是在哪个电位参考下工作的。
3. 结合其他信息进行辅助分析：显微镜只是一个工具。
数据手册和应用笔记 (Datasheets and Application Notes): 如果是商业芯片，通过查找芯片型号的公开数据手册，可以了解到芯片的大致功能、引脚定义和内部框图。这为我们用显微镜观察到的细节提供了理论基础和方向。
已知IP库 (Known IP Libraries): 如果我们之前做过类似芯片的逆向，或者有公开的IP库资料，可以将看到的电路结构与已知的IP进行比对。
EDA工具与仿真 (EDA Tools and Simulation): 将显微镜下提取的电路网表（Netlist）导入到EDA（Electronic Design Automation）工具中进行分析和仿真。通过仿真输出与实际芯片的输入输出进行比对，来验证我们的推测是否正确。
逻辑分析仪与示波器 (Logic Analyzers and Oscilloscopes): 在芯片工作时，用逻辑分析仪或示波器测量特定引脚的信号，配合显微镜下的观察，可以更精确地定位和理解电路的功能。
举个具体的例子：如何识别一个 SRAM 单元？
假设我们用SEM看到了芯片的一部分。在显微镜下，我们可能看到一片非常规整、密集排列的结构，每一部分都看起来非常相似。
1. 放大观察单个单元: 我们进一步放大，发现每个单元大约由 6个左右的晶体管 组成，这些晶体管的栅极（多晶硅）和源/漏区域（通常由金属层或更低层的导电层构成）连接方式非常一致。
2. 观察连线: 我们看到，这些单元之间通过水平和垂直的金属线连接。其中，一些金属线会连接到更粗的、贯穿整个区域的电源线和地线。还有一些线会连接到这个区域的外围，这些线可能是字线 (Word Line) 和 位线 (Bit Line)。
3. 推测功能: 这种高密度、重复性的结构，以及由相似数量的晶体管构成的基本单元，并且有明显的字线/位线驱动，高度符合静态随机存取存储器 (SRAM) 的结构特征。每个SRAM单元可以存储1位数据。
4. 进一步验证: 如果我们能追踪到字线和位线的具体连接，并且发现它们按照 SRAM 的寻址方式进行管理（比如通过地址解码器连接），那就更加确信了。
总结一下，用显微镜区分电路功能的过程，是一个从宏观到微观，从“看得到”到“看得懂”的渐进过程。
识别基本元件： 晶体管（MOSFET）、金属连线、通孔、电阻、电容等。
分析结构特征： 尺寸、形状、材料、层数、走线方式。
理解布局规律： 模块化、重复性、对称性。
追踪信号路径： 从输入到输出，从电源到地。
结合理论知识： 半导体工艺、数字逻辑、模拟电路原理。
交叉验证： 与公开资料、已知IP、仿真结果等进行对比。
这个过程需要耐心、细致，还要不断学习和积累经验。显微镜只是一个工具，最终的解读能力，来自于我们对集成电路设计原理的深刻理解。这就像一个侦探，显微镜提供的是“证据”，而我们的大脑则需要将这些证据串联起来，还原出事情的真相。
首先，得明白显微镜在芯片逆向里扮演的角色。它最主要的作用就是观察，但不是凭空观察。我们看到的东西，必须结合理论去解读。所以，这不是看到一条线就知道它是啥，而是看到它的形态、它和其他元件的连接方式，再套上我们对半导体工艺、集成电路设计的理解，才能推断出它的功能。
显微镜的选择与准备：我们得工欲善其事，必先利其器。
光学显微镜 (Optical Microscope): 这是最基础也是最常用的。
明场显微镜 (Brightfield Microscope): 这是最常见的类型，光线从下方穿过样品，然后进入物镜。对于观察芯片表面的金属层、多晶硅等结构很有效。
暗场显微镜 (Darkfield Microscope): 它的原理是让光线绕过直接进入物镜的光路，只让样品散射的光进入。这样，样品中的微小缺陷或者边界就显得异常明亮，对于区分不同材料的边界、或者查看一些细微的纹理非常有用。
微分干涉对比显微镜 (DIC, Differential Interference Contrast): 这是一种更高级的光学显微镜，它利用偏振光和光程差来产生立体感，能够很好地显示出样品表面的细微起伏和纹理，对于区分不同材料层和早期阶段的etch（刻蚀）痕迹很有帮助。
变焦体视显微镜 (Stereo Microscope): 这种显微镜提供立体视角，放大倍数相对较低（几十倍到几百倍），主要用于拆解、机械操作、或者对芯片进行初步的观察。它的景深比较大，操作起来也更方便。
扫描电子显微镜 (SEM, Scanning Electron Microscope): 这是我们进行更深入分析的“重武器”。
SEM利用聚焦的电子束扫描样品表面，通过探测样品反射或发射的二次电子、背散射电子等来成像。
优点: 分辨率极高，能达到纳米甚至亚纳米级别，景深大，能提供高质量的表面形貌图像。还能配合能量色散X射线谱仪 (EDS, Energydispersive Xray Spectroscopy) 进行元素成分分析，这在区分不同金属层（如铝、铜、钨）时非常关键。
缺点: 样品需要导电（通常需要镀金或碳），真空环境，对样品有一定破坏性（虽然通常是物理上的）。
在观察之前，我们还需要对芯片进行一些预处理：
1. 去封装 (Decapsulation): 这是第一步，把芯片外面的塑封或者陶瓷外壳去掉，露出里面的裸露芯片。这个过程需要非常小心，通常使用化学腐蚀（比如酸洗）或者物理研磨的方式，确保不损伤芯片内部的电路。
2. 清洗 (Cleaning): 去封装过程中可能会留下化学残留物或者颗粒，需要用超声波清洗或者特定的溶剂进行彻底清洗，保证观察的清晰度。
如何用显微镜“读懂”电路？这才是核心的技巧。
当我们把处理好的芯片放到显微镜下，看到的不是一堆杂乱的线，而是一个有规律、有层次的“微缩城市”。我们要做的就是理解这个城市的“建筑风格”和“交通网络”。
1. 结构与形态的识别：这是最直观的线索。
金属层 (Metal Layers): 集成电路内部的信号传输主要依靠金属导线。
宽度与间距 (Width and Spacing): 通常情况下，越靠近输入输出端（pad）或者电源/地线，金属线的宽度会越宽，以承载更大的电流。内部连接信号线的宽度相对较细。不同功能区域之间的连接线，其粗细也可能暗示着信号的性质（如时钟线通常会做得比较粗，以减小信号延迟和串扰）。
层数 (Number of Layers): 现代芯片通常有多层金属互连。SEM下可以看到不同金属层之间的垂直连接，也就是通孔 (Vias)。通孔的分布和大小也包含信息，例如，连接主电源和地网络的通孔通常会比连接信号网络的通孔更大、更多。
材料: SEM结合EDS，可以识别出金属的成分，例如，早期芯片常用铝，而现代高性能芯片多用铜。这可以通过观察X射线光谱中的元素特征峰来判断。
走线风格 (Routing Style): 有些信号线会特别规整地排列，比如时钟线会走成梳状或者网状，以便均匀地分配时钟信号。总线信号（如数据总线）可能会平行密集排列。
多晶硅层 (Polysilicon Layers): 这是场效应管 (FET) 的栅极。
栅极形状与尺寸: 观察多晶硅栅的形状和长度（L）以及宽度（W），这是设计CMOS电路的核心参数。不同的栅极尺寸直接影响晶体管的性能（速度、驱动能力等）。
与源漏区的关系: 多晶硅栅下方通常会形成源区和漏区。可以通过观察多晶硅与下方半导体材料的接触情况来推断。
氧化层与绝缘层 (Oxide and Dielectric Layers): 这些层将不同的导电层隔开。
介电常数 (Dielectric Constant): 不同材料的介电常数会影响信号的延迟和串扰。虽然直接用显微镜区分不同类型的介质（如SiO2 vs. lowk dielectrics）有难度，但可以通过观察它们的厚度、光滑度以及与相邻导电层的边缘特征来做一些推测。例如，低介电常数材料可能需要更复杂的加工工艺，表面可能显得更“特殊”。
晶体管本身 (Transistors): 我们可以看到构成电路的基本单元。
NMOS与PMOS: 在某些先进的工艺下，NMOS和PMOS晶体管在结构上会有细微差别，例如，PMOS的源漏区掺杂浓度可能与NMOS不同。观察它们的尺寸、形状以及周围的布局，并结合前面提到的金属层和多晶硅层，可以判断出它们的功能。
工艺特征: 例如，高k金属栅（HKMG）工艺会在栅极氧化物上使用高介电常数材料，这在SEM下可能有特殊的形貌。
2. 布局与连通性分析：这是揭示功能逻辑的关键。
功能模块的识别 (Identification of Functional Blocks):
规律性: 大规模集成电路中，相似功能的电路会以模块化的方式出现。例如，存储器（如SRAM）通常会有非常规律的、重复的单元阵列。ADC/DAC模块会有特定的结构，例如开关电容网络、流水线结构等。
相对位置: 将观察到的电路结构与已知的IP核（Intellectual Property Core）或者通用逻辑单元（如门电路、触发器）的布局模式进行比对。例如，一个区域出现大量金属层之间密集连接且结构相似的晶体管，很可能是一个SRAM单元。如果看到一个区域有规律的延时单元链，可能是一个数模转换器的主要部分。
信号流向与逻辑关系推断 (Inferring Signal Flow and Logic Relationships):
关键信号的追踪: 通过SEM追踪一些关键信号线，比如输入输出端口的连接、时钟网络的分布、复位信号的传播路径等。
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组合逻辑: 通常由一系列的门电路（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）组成，这些门电路的输入输出通过金属线连接。我们可以通过识别这些基本门电路的结构（通常是几个晶体管的组合）来推断其逻辑功能。
时序逻辑: 如触发器（Flipflops）和寄存器（Latches），它们通常由更多的晶体管组成，并且会有反馈回路来存储状态。识别这些具有反馈结构的电路，可以判断它们是构成时序逻辑的关键。例如，一个锁存器通常是两个交叉耦合的反相器加上一些控制信号。
电源和地线的识别 (Power and Ground Identification):
电源线和地线通常是芯片中最粗、最密集的金属层，它们会贯穿整个芯片，为各个模块供电。在显微镜下，它们会形成网络状的结构，并且通常与大量的通孔连接。识别出这些主干网络，有助于我们理解信号是在哪个电位参考下工作的。
3. 结合其他信息进行辅助分析：显微镜只是一个工具。
数据手册和应用笔记 (Datasheets and Application Notes): 如果是商业芯片，通过查找芯片型号的公开数据手册，可以了解到芯片的大致功能、引脚定义和内部框图。这为我们用显微镜观察到的细节提供了理论基础和方向。
已知IP库 (Known IP Libraries): 如果我们之前做过类似芯片的逆向，或者有公开的IP库资料，可以将看到的电路结构与已知的IP进行比对。
EDA工具与仿真 (EDA Tools and Simulation): 将显微镜下提取的电路网表（Netlist）导入到EDA（Electronic Design Automation）工具中进行分析和仿真。通过仿真输出与实际芯片的输入输出进行比对，来验证我们的推测是否正确。
逻辑分析仪与示波器 (Logic Analyzers and Oscilloscopes): 在芯片工作时，用逻辑分析仪或示波器测量特定引脚的信号，配合显微镜下的观察，可以更精确地定位和理解电路的功能。
举个具体的例子：如何识别一个 SRAM 单元？
假设我们用SEM看到了芯片的一部分。在显微镜下，我们可能看到一片非常规整、密集排列的结构，每一部分都看起来非常相似。
1. 放大观察单个单元: 我们进一步放大，发现每个单元大约由 6个左右的晶体管 组成，这些晶体管的栅极（多晶硅）和源/漏区域（通常由金属层或更低层的导电层构成）连接方式非常一致。
2. 观察连线: 我们看到，这些单元之间通过水平和垂直的金属线连接。其中，一些金属线会连接到更粗的、贯穿整个区域的电源线和地线。还有一些线会连接到这个区域的外围，这些线可能是字线 (Word Line) 和 位线 (Bit Line)。
3. 推测功能: 这种高密度、重复性的结构，以及由相似数量的晶体管构成的基本单元，并且有明显的字线/位线驱动，高度符合静态随机存取存储器 (SRAM) 的结构特征。每个SRAM单元可以存储1位数据。
4. 进一步验证: 如果我们能追踪到字线和位线的具体连接，并且发现它们按照 SRAM 的寻址方式进行管理（比如通过地址解码器连接），那就更加确信了。
总结一下，用显微镜区分电路功能的过程，是一个从宏观到微观，从“看得到”到“看得懂”的渐进过程。
识别基本元件： 晶体管（MOSFET）、金属连线、通孔、电阻、电容等。
分析结构特征： 尺寸、形状、材料、层数、走线方式。
理解布局规律： 模块化、重复性、对称性。
追踪信号路径： 从输入到输出，从电源到地。
结合理论知识： 半导体工艺、数字逻辑、模拟电路原理。
交叉验证： 与公开资料、已知IP、仿真结果等进行对比。
这个过程需要耐心、细致，还要不断学习和积累经验。显微镜只是一个工具，最终的解读能力，来自于我们对集成电路设计原理的深刻理解。这就像一个侦探，显微镜提供的是“证据”，而我们的大脑则需要将这些证据串联起来，还原出事情的真相。
网友意见
专业化知识产权/逆向公司的拍照性能远远不是普通显微镜可以媲美的
第一步是开盖。国内很多平台都提供，现在的开盖实际上并不是过去的浓硫酸之类的东西了，而是激光。几次灼烧下来，表面的树脂基本上就全部去除了（有些陶瓷封装、金属封装用的是别的方式）。
第二步是取bonding线（猜测），把金线/铝线/铜线从bonding pad上取下来。
第三部，顶层拍照，大概的照片是这样的
灰色的是金属。
然后，我就不知道那些公司是怎么进一步处理的了，大致猜测就是去层/染色/拍照吧…… 印象中好像先进工艺会用电镜而不是光镜来拍照，当然了，top几层的金属自然是用光镜就够了
事实上，数字集成电路的照片极其复杂，大规模的实质上已经没有提取的可能性了……
比如说，金属层是这样的：
OD层是这样的：
这还是某个落后工艺的照片。
所以，一般来说，广大人民群众在向欧美先进公司学习（山寨）的过程中，会使用各种各样的自动化工具，但总体上来说，一般IC公司/高校/科研院所很少会有大规模逆向数字集成电路（如CPU、GPU等）的情形（可能类似ALU/SP之类的还是有可能吧，求大神解答），但模拟集成电路大家或多或少还是会去参详一下。
下面简单讲一下模拟的做法：
大致上来说，基本上都是把各金属层/poly层（多层poly）/via用提图软件中的wire标注出来，然后把上面的那些器件（一个个小NMOS/PMOS/POLY-RES/METAL-RES/MOSCAP/MIM/MOM/PNP/NPN/DIODE等）提取出来，把M1的metal与器件的con连起来，然后在整理工具中按照自己的理解整理成具备一定可读性的电路。
在与诸多第三世界国家的斗智斗勇的过程中，各先进技术持有者也不得不开始了道高一丈的过程：加密结构。各种各样莫名其妙的器件结构加上来，在底层看不到的地方做一些类似于NBL/psub来起导电作用、guardring打一半之类的骚操作，但总体上来说，除了用自有工艺/特殊器件结构/开挂的电路复杂性等防抄袭手段，普通操作只能阻挡那些真正意义上的外行，基本上勤劳智慧的中国工程师还是可以做到一抄一个准的。
所以你会发现，模拟领域的很多分支基本上中国公司纷纷有了很多廉价的替代方案，当然了，性能和可靠性什么的自然和欧美大老爷们还是有一定差距的，但这一丁点儿的差距其实也在快速的缩小。
下面说说个人对逆向的看法：
模拟逆向还是必须的，甚至于个人觉得这种事情应该没事就搞搞，组织大家学习欧美先进设计经验。
数字逆向就算了，反正都是APR用工具自动生成的，没事多学学指令集微代码想想架构什么的才是王道。
类似于器件/ESD/SRAM/FPGA之类的，没啥发言权，但总觉得这些东西还是得多看看，再不济开开眼界也是好的。
（上述附图为个人读书期间为了学习私人掏腰包拍照所得，相关技术既没有拿去做产品也没有去用于发论文，所以大胆的放上来了，侵删）
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好的，我们来详细聊聊中芯国际2021年第二季度的这份财报，除了4.05亿美元的毛利，还有不少值得我们深入挖掘的信息，可以帮助我们更全面地了解公司的运营状况和未来发展方向。营收与增长：稳健前行下的挑战首先，我们看看营收情况。虽然财报摘要通常会突出毛利，但营收数字更能反映市场需求和公司的出货量。2021.............
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