從確認(rèn)代工廠入手 追查高相似度仿冒芯片來(lái)源

    全球每年銷(xiāo)售的高科技產(chǎn)品中，估計(jì)7%到10%是仿冒產(chǎn)品。不管是消費(fèi)者還是制造商都受到了影響，只是方式截然不同。有人在eBay以“好得不像是真的”價(jià)格購(gòu)買(mǎi)的閃存卡很可能真的就是假貨。網(wǎng)絡(luò)論壇上不斷有人控訴所買(mǎi)的閃存卡的容量沒(méi)有宣稱(chēng)的多。更有甚者，有人買(mǎi)到的卡根本無(wú)法使用。近年來(lái)，造假者的水平已經(jīng)大幅提高，除非你將假貨和正品逐項(xiàng)比對(duì)，否則用肉眼難辨真?zhèn)?。但某些情況下，封裝上的拼寫(xiě)錯(cuò)誤會(huì)露出破綻。另一些情況下，也可從塑料殼的封裝手法上看出端倪。

    類(lèi)似手機(jī)和MP3播放器等許多仿冒電子產(chǎn)品中包含偽造或篡改了的芯片。造假有多種形態(tài)。一些是簡(jiǎn)單地對(duì)盜取的器件或裸片進(jìn)行重新封裝。另一些則是沒(méi)有通過(guò)制造商測(cè)試的次品，它們沒(méi)被銷(xiāo)毀，而是作為功能產(chǎn)品出售。類(lèi)似EPROM或微控制器(MCU)等一次性可編程(OTP)器件可能以未編程形式出售。諸如FPGA或微處理器(MPU)等高價(jià)值器件的造假可能采取如下手法：將一些毫不相干的便宜器件的原封裝標(biāo)記磨掉后，再打上高價(jià)值器件的標(biāo)記。諸如NAND閃存等產(chǎn)品具有可讀器件代碼，而代碼能夠被讀出，進(jìn)而篡改成更大容量的器件代碼。例如，可將一款256Mb的器件代碼改寫(xiě)成1Gb的器件代碼。也存在盜版器件，還可能有新的兼容設(shè)計(jì)以假冒更大品牌的面目出現(xiàn)。

    根據(jù)器件類(lèi)型的不同，制造商能夠輕易地采用各種方式來(lái)辨識(shí)仿冒芯片。某些芯片可通過(guò)測(cè)試儀器或裝置對(duì)其功能進(jìn)行檢測(cè)。例如，存儲(chǔ)器測(cè)試儀能檢測(cè)閃存，并挑出返回不正確器件代碼的仿冒器件。試圖對(duì)已編程過(guò)的OTP再進(jìn)行編程，通常會(huì)給出編程錯(cuò)誤。數(shù)據(jù)碼和批次號(hào)可用于鑒別出沒(méi)通過(guò)制造商測(cè)試的殘次品。

    仿冒產(chǎn)品被發(fā)現(xiàn)后，又面臨如何處理這樣一個(gè)挑戰(zhàn)。知道仿冒品是從哪里買(mǎi)到的僅是個(gè)開(kāi)端，但仿冒產(chǎn)品的分銷(xiāo)商一般對(duì)其出售的產(chǎn)品并非正品并不知情。即便是分銷(xiāo)商明知故犯而出售假貨，斷了他的生計(jì)也不會(huì)從根本上鏟除造假的根源。理想的情況是，你希望找出誰(shuí)該對(duì)仿冒品負(fù)責(zé)。這就涉及系到查證仿冒品的設(shè)計(jì)師或盜版者的問(wèn)題。

    假定仿冒品的性能與正品相近，甚至與正品一模一樣，可對(duì)其進(jìn)行解剖分析以確定裸片是來(lái)自正品制造商，還是對(duì)正品的盜版或就是一款全新設(shè)計(jì)。大多合法芯片通過(guò)裸片標(biāo)記或部件編碼或同時(shí)采取這兩種方式來(lái)表明其身份，而盜版設(shè)計(jì)一般沒(méi)有這些標(biāo)識(shí)。布局的微細(xì)差別也能暴露出一款盜版設(shè)計(jì)。下一步，是確定生產(chǎn)仿冒器件的代工廠。

    確定生產(chǎn)仿冒器件的代工廠

    代工廠的確認(rèn)介于科學(xué)和藝術(shù)之間，它涉及將仿冒器件的細(xì)節(jié)特征與該代工廠生產(chǎn)的已知樣片進(jìn)行仔細(xì)比對(duì)，以確定兩者是否相同。每家代工廠都有自己獨(dú)特的工藝和制造方法，它們?cè)谄渥罱K產(chǎn)品上都留有“印記”。

    根據(jù)Gartner Dataquest的數(shù)據(jù)，全球前兩大無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體代工廠分別是臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)積電(TSMC)和聯(lián)電(UMC)，二者在2005年的市場(chǎng)份額分別為44.8%和15.4%。而中國(guó)大陸的中芯國(guó)際(SMIC)約占7.5%。

    每家代工廠都有關(guān)鍵特性的最小尺寸規(guī)定的工藝節(jié)點(diǎn)。新近的器件是用90nm工藝生產(chǎn)的，而老些的器件是用180、130和110nm工藝生產(chǎn)的。代工廠現(xiàn)正向65和45nm工藝節(jié)點(diǎn)邁進(jìn)。每家代工廠都能用幾種工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行生產(chǎn)。對(duì)同一制造商而言，根據(jù)工藝節(jié)點(diǎn)的不同，辨識(shí)一款器件所需進(jìn)行檢測(cè)的關(guān)鍵特性也會(huì)存在差異。而使情況更為復(fù)雜的是，不同代工廠采用相同工藝節(jié)點(diǎn)制造的器件都非常相似，這主要是出于競(jìng)爭(zhēng)需要：作為代工廠客戶的無(wú)晶圓廠芯片供應(yīng)商會(huì)委托擁有最佳工藝的代工廠生產(chǎn)其產(chǎn)品。

表1：以Metal 1設(shè)計(jì)規(guī)則為例，各代工廠的最小線間距存在相似性

    對(duì)代工廠的確認(rèn)要一步步來(lái)。首先，確認(rèn)器件的工藝節(jié)點(diǎn)。其次，找出仿冒器件的細(xì)節(jié)特征，據(jù)此查證哪家代工廠在該節(jié)點(diǎn)擁有此工藝并可能生產(chǎn)了該器件。最后，將前兩個(gè)步驟得到的結(jié)果與已知來(lái)源的樣片進(jìn)行比對(duì)。

    為確定器件的制造工藝節(jié)點(diǎn)，必須對(duì)器件進(jìn)行解剖切割以獲取橫截面。用掃描電子顯微鏡攝錄晶體管寬度和形狀以及最小金屬線寬和間距等關(guān)鍵特征。如果可能，將這些測(cè)得的結(jié)果與代工廠發(fā)布的設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行比對(duì)。借助這些信息，就能確定器件的制造工藝節(jié)點(diǎn)。不用此工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行生產(chǎn)的代工廠就能被排除在外了。

    下一個(gè)步驟更加困難。它要求對(duì)具有這種光刻工藝的一系列代工廠進(jìn)行仔細(xì)核查，然后找出哪家工廠與這款器件最匹配。在該步驟既要分析非關(guān)鍵特征，又要分析構(gòu)成器件的各層材料。

    之所以要檢查非關(guān)鍵特征，是因?yàn)椴煌S的這些特征趨于不同。而關(guān)鍵特性是為了速度和功耗高度優(yōu)化的，所以不同的代工廠其相同工藝節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵特性反倒是趨同的；但對(duì)包括假焊墊(dummy)特征、裸片邊沿密封等不對(duì)器件性能產(chǎn)生影響的非關(guān)鍵特征則是趨異的。同樣，不同代工廠的裸片邊沿的測(cè)試構(gòu)造以及標(biāo)記排列會(huì)各有自己的一套做法。

    材料分析著眼不同代工廠在構(gòu)成芯片的各層中化學(xué)成分的細(xì)微差別。差別是存在的。例如，當(dāng)采用氟和氯摻雜低K電介質(zhì)材料時(shí)，一家代工廠也許在從130nm開(kāi)始的更精微工藝節(jié)點(diǎn)中，引進(jìn)某種特殊材料。而另一家競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也許直到110nm工藝才采用相同做法。這些差別能用以區(qū)分不同代工廠制造的器件。

    不同的裸片在晶圓上以棋盤(pán)形圖案排布。雖然芯片設(shè)計(jì)師確定每一裸片的面積，但電路間的部分卻屬于代工廠用來(lái)排放標(biāo)記和測(cè)試構(gòu)造的區(qū)域。當(dāng)將晶圓切成各獨(dú)立裸片時(shí)，裸片間的部分“劃線通道”被留下來(lái)。用這些東西作為代工廠的身份識(shí)別會(huì)很復(fù)雜，這是因?yàn)樵谀撤N程度上，它們是由該代工廠的制造和測(cè)試裝備決定的。

    最后一步是將先前步驟得到的結(jié)果與已知的由某一代工廠制造的樣品進(jìn)行比對(duì)。從某種意義上說(shuō)，這是項(xiàng)困難的工作，因?yàn)槔硐氲那闆r是應(yīng)將所有可能代工廠的各工藝節(jié)點(diǎn)樣本逐一進(jìn)行比對(duì)，這將使確認(rèn)復(fù)雜化。最后，辨識(shí)出的代工廠并不能確證芯片就是由該代工廠生產(chǎn)的，只是說(shuō)明這種可能性很大。 [!--empirenews.page--]

    掌握了這些信息后，正品制造商必須要求代工廠講明是誰(shuí)委托生產(chǎn)這款器件的。而代工廠可能透露也可能不透露誰(shuí)是主家。

    要得到結(jié)果，需沿著這樣一套程序付出不懈努力。正品制造商必須確定仿冒對(duì)其銷(xiāo)售和品牌造成的損失，然后決定在對(duì)造假追本溯源的道路上要走多遠(yuǎn)。