Log in

No account? Create an account
Какие-то студенты растворяют наши чипы в серной кислоте - Юрий Панчул [entries|archive|friends|userinfo]
Money can buy bandwidth. Latency requires bribing God.

[ website | My Website ]
[ userinfo | livejournal userinfo ]
[ archive | journal archive ]

Какие-то студенты растворяют наши чипы в серной кислоте [Jul. 31st, 2014|09:53 pm]
Yuri Panchul
Сегодня набрел на удивительный пост о том, как некто Эндрю Зоненберг растворил сначала в серной, а потом в плавиковой кислоте микроконтроллер PIC32MZ - чип, в создании которого я принимал небольшое участие. Причем этот Эндрю тыцнул о своем деянии пост на сайте "Обнаженный Силикон" (Silicon Exposed).

Microchip PIC32MZ - это новый передовой микроконтроллер от Microchip Technologies на основе процессорного ядра MIPS microAptive UP от Imagination Technologies.

PIC32MZ уверенно побивает STM32 F4 - см. независимый отчет

MIPS MCUs Outrun ARM — Report of Feb 17, 2014
http://www.linleygroup.com/search.php c PIC32MZ

Microchip's new PIC32MZ family offers MIPS-based MCUs with outstanding performance, plenty of flash memory and SRAM, crypto acceleration, Ethernet, and other high-speed peripherals.

Моя часть в проекте PICM32MZ - Verification IP, которое использовали инженеры Microchip Technologies в Аризоне для интеграции нашего процессорного ядра с их периферийными устройствами и контроллером памяти.

Итого, Andrew Zonenberg. Вот его фото:

Вот одна из его фотографий чипов (правда не PIC32MZ, а чипа из предыдущей линейки PIC32MX):

Этот варвар еще и где-то имеет доступ к электронному микроскопу:

Monday, March 24, 2014

Microchip PIC32MZ process vs PIC32MX

Those of you keeping an eye on the MIPS microcontroller world have probably heard of Microchip's PIC32 series parts: MIPS32 CPU cores licensed from MIPS Technologies (bought by Imagination Technologies recently) paired with peripherals designed in-house by Microchip.
Although they're sold under the PIC brand name they have very little in common with the 8/16 bit PIC MCUs. They're fully pipelined processors with quite a bit of horsepower.

The PIC32MX family was the first to be introduced, back in 2009 or so. They're a MIPS M4K core (for the 64/100 pin parts) or M14K (for the 28/44 pin parts) at up to 80 MHz and max out at 128 KB of SRAM and 512 KB of NOR flash plus a fairly standard set of peripherals.

PIC32MX microcontroller

Somewhat disappointingly, the PIC32MX MMU is fixed mapping and there is no external bus interface. Although there is support for user/kernel privilege separation, all userspace code shares one address space. Another minor annoyance is that all PIC32MX parts run from a fixed 1.8V on-die LDO which normally cannot (the 300 series is an exception) be disabled or bypassed to run from an external supply.

The PIC32MZ series is just coming out now. They're so new, in fact that they show as "future product" on Microchip's websiteand you can only buy them on dev boards, although I'm told by around Q3-Q4 of this year they'll be reaching distributors. They fix a lot of the complaints I have with PIC32MX and add a hefty dose of speed: 200 MHz max CPU clock and an on-die L1 cache.

PIC32MZ microcontroller

On-chip memory in the PIC32MZ is increased to up to 512 KB of SRAM and a whopping 2 MB of flash in the largest part. The new CPU core has a fully programmable MMU and support for an external bus interface capable of addressing up to 16MB of off-chip address space.

I'm a hacker at heart, not just a developer, so I knew the minute I got one of these things I'd have to tear it down and see what made it tick. I looked around for a bit, found a $25 processor module on Digikey, and picked it up.

The board was pretty spartan, which was fine by me as I only wanted the chip.

PIC32MZ processor module
Less than an hour after the package had arrived, I had the chip desoldered and simmering away in a beaker of sulfuric acid. I had done a PIC32MX340F512H a few days previously to provide comparison shots.

Without further ado, here's the top metal shots:

These photos aren't to scale, the MZ is huge (about 31.9 mm2). By comparison the MX is around 20.

From an initial impression, we can see that although both run at the same core voltage (1.8V) the MZ is definitely a new, significantly smaller fab process. While the top layer of the MX is fine-pitch signal routing, the top layer of the MZ is (except in a few blocks which appear to contain analog circuitry) completely filled with power distribution routing.

Top layer closeups of MZ (left), MX (right), same scale

Thick power distribution wiring on the top layer is a hallmark of deep-submicron processes, 130 nm and below. Most 180 nm or larger devices have at least some signal routing on the top layer.

Looking at the mask revision markings gives a good hint as to the layer count and stack-up.

Mask rev markings on MZ (left), MX (right), same scale
The MZ appears to be one thick aluminum layer and five thin copper layers for a total of six, while the MX is four layers and probably all aluminum.

Enough with the top layer... time to get down! Both samples were etched with HF until all metal and poly was removed.

The first area of interest was the flash.

NOR flash on MZ (left), MX (right), different scales
Both arrays appear to be the same standard NOR structure, although the MZ's array is quite a bit denser: the bit cell pitch is 643 x 270 nm (0.173 μm2/bit) while the MX's is 1015 x 676 nm (0.686 μm2/bit). The 3.96x density increase suggests a roughly 2x process shrink.

The white cylinders littering the MX die are via plugs, most likely tungsten, left over after the HF etch. The MZ appears to use a copper damascene process without via plugs, although since no cross section was performed details of layer thicknesses etc are unavailable.

The next target was the SRAM.

6T SRAM on MZ (left), MX (right), different scales
Here we start to see significant differences. The MX uses a fairly textbook 6T "doughnut + H" SRAM structure while the MZ uses a more modern lithography-optimized pattern made of all straight lines with no angles, which is easier to etch. This kind of bit cell is common in leading-edge processes but this is the first time I've seen it in a commodity MCU.

Cell pitch for the MZ is 1345 x 747 nm (1.00 μm2/bit) while the MX is 1895 x 2550 nm (4.83 μm2/bit). This is a 4.83x increase in density.

The last area of interest was the standard cell array for the CPU.

Closeup of standard cells on MZ (left), MX (right), different scales
Channel length was measured at 125-130 nm for the MZ and 250-260 nm for the MX.

Both devices also had a significant number of dummy cells in the gate array, suggesting that the designs were routing-constrained.

Dummy cells in MZ
Dummy cells in MX

In conclusion, the PIC32MZ is a significantly more powerful 130 nm upgrade to the slower 250 nm PIC32MX family. If Microchip fixes most of the silicon bugs before they launch I'll definitely pick up a few and build some stuff with them.

I wasn't able to positively identify the fab either device was made on however the fill patterns and power distribution structure on the MZ are very similar of the TI AM1707 which is fabricated by TSMC so they're my first guess.

For more info and die pics check out the SiliconPr0n pages for the two chips:

У вас есть доступ к серной и плавиковой кислотам, а также электронному микроскопу?

К серной кислоте
К плавиковой кислоте
К электронному микроскопу
Я спаял электронный микроскоп дома
Я спаял электронный микроскоп в общаге в Долгопрудном
У нас ничего такого нет, но зато жгут коктейли Молотова
Из-за бугра плюете?

UPD: Тех, кто вздумает меня учить, что "Silicon Exposed" переводится не "Обнаженный Силикон", а "Обнаженный Кремний" - буду банить.

[User Picture]From: klapaucy
2014-08-01 04:59 am (UTC)
И-эх, доступа к кислоте нет, приходится напильником работать...
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: panchul
2014-08-01 05:05 am (UTC)
Все пять слоев меди и один - алюминия?
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: eggen
2014-08-01 04:59 am (UTC)
Нету пункта: у меня тут три стеллажа микрух, паяльная станция и администраторша 90-60-90 со слегка великоватым носом.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: panchul
2014-08-01 05:03 am (UTC)
А она подходит к вам время от времени сзади и начинает обнимать, когда вы чего-то паяете?

Правильная реакция на это: "Администраторша, ты создана, чтобы ласкать мужчин!"
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: spamsink
2014-08-01 05:15 am (UTC)
Много ли в корыте корысти? Схематику всё равно не восстановит.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: panchul
2014-08-01 05:17 am (UTC)
Меня половина людей, которых я знаю в реале - отфрендила за посты с упоминанием Украины. Я в отчаянии. Утешь меня - что делать?
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: chuk_and_gek
2014-08-01 05:19 am (UTC)
после фильма пальметто у меня стойкая кислотобоязнь. стараюсь держаться подальше от всяких плавиковых и серных.

Edited at 2014-08-01 05:19 am (UTC)
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: panchul
2014-08-01 05:23 am (UTC)
Вы боитесь фильмов - прямо как женщины типа radulova? Это же просто пикселы на экране!
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: Александр Смекалов
2014-08-01 05:58 am (UTC)
>>>чип, в создании которого я принимал небольшое участие
>>>Этот варвар еще и где-то имеет доступ к электронному микроскопу:

После этой фразы я ожидал увидеть фотографии надписи "Здесь был Панчул" где-нибудь в углу кристалла, но увы.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: freedom_of_sea
2014-08-01 07:39 am (UTC)

этот PIC небось дороже в пять раз чем STM

но пускай конкурирует. А ещё нужно производительность на ватт публиковать
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: nicka_startcev
2014-08-01 07:53 am (UTC)

Re: этот PIC небось дороже в пять раз чем STM

stm32 лежит чуть ли не в каждом ларьке за копейки. платы с ними - аналогично.

пик32 я при беглом поиске не видел, или видел сильно дороже, или в неудобном мне формфакторе.

итого, получается положительная обратная связь: тираж мал, дорого, оборот низкий, популярность падает.
а если вложить много-много, то будет тираж огромный, оборот огромный, цена мизерная, популярность высока, куча разных гиков что-то клепает.

итого, для своих поделок я беру или "ардуино нано"(у китайцев, практически по цене атмега+усб2ком+текстолит+разъёмы), или малинку, или "ep2c5" с дикой кучей выводов. Плюс, под оба указанных процессора есть вполне вылизанный набор "стандартных библиотек".
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: nicka_startcev
2014-08-01 07:46 am (UTC)
а зачем плавиковая? На хабре были статьи с ссылками, судя по которым достаточно серной и/или азотной.

ps: а на фотографии стандартных ячеек валяются недоотмытые куски межслойных соединений или что-то иное?

pps: сканирующий туннельный микроскоп, если мне изменяет склероз, если и дороже хорошего игрового компьютера, то ненамного.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: m0z9
2014-08-01 07:50 am (UTC)
Нельзя ли к этому притянуть ущемление прав верующих?
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: nicka_startcev
2014-08-01 07:54 am (UTC)
можно. ибо логика при таком привязывании не обязательна.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: red_army_1917
2014-08-01 08:38 am (UTC)
у "Silicon Exposed" в РФ есть аналог


Видел ролик, что для поиска закладок и верификации импортных чипов на соответствие спецификациям в РФ создана спец. лаборатория, которая "обнажает чипы" разными способами. Создатели zeptobars по видимому сотрудники этой спец. конторы.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: klapaucy
2014-08-01 10:13 am (UTC)
плюс N (N > 1, но, подозреваю, не сильно) любителей, которые вскрывают чипы для своего удовольствия...
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: _iga
2014-08-01 10:24 pm (UTC)
Странно, что на фото нет подобной подписи:

(Reply) (Thread)
[User Picture]From: archaicos
2014-08-02 07:47 am (UTC)
Кислотой уничтожают свидетелей! :)
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: lrlay777
2014-08-04 11:35 pm (UTC)
Фигасе, вы там богато живете! Эти товары я даже в гипермаркете первой категории не встречал. Хотя там продается много такого из продуктов, о существании которых я ранее не знал. Но этих кислот там не видел и микроскопу тоже. Хотя микроскоп , наверное, можно по инету заказать.
(Reply) (Thread)