Новая технология позволяет «увидеть» работу транзисторов процессора

Исследователи из Университета Аделаиды сделали открытие, которое может навсегда изменить методы тестирования полупроводников. Как сообщает IEEE Spectrum, ученые разработали метод обнаружения активности транзисторов в чипах с помощью терагерцового излучения.

Этот процесс включает использование лабораторного инструмента, известного как векторный анализатор цепей (Векторный анализатор цепей, ВАЦ), который генерирует микроволновый сигнал «известной частоты и фазы». Усилитель частоты ВНА преобразует микроволновый сигнал в терагерцовую волну, которая затем с помощью фокусирующей линзы направляется на микрочип.

Для проверки чип должен быть включен и работать. Когда внутренние транзисторы включаются и выключаются, терагерцовый сигнал отражает эти изменения и возвращается в приемник в усилителе векторного анализатора. Затем сигнал «понижается» до микроволнового уровня и сравнивается с выходным сигналом путем обнаружения мельчайших различий в амплитуде и фазе с помощью гомодинного квадратурного приемника.

Один из исследователей, Витават Витаячумнанкул, сказал, что его команде пришлось модифицировать приемник, чтобы он работал в терагерцовом диапазоне. Устройство было разработано исключительно для сравнения микроволновых частот. Использование гомодинного детектора имело решающее значение, поскольку это было единственное устройство, способное обнаруживать небольшие различия между двумя частотами.

Терагерцовые сигналы физически больше, чем транзисторы, которые они исследуют, поэтому любые изменения в сигнале обратной связи трудно обнаружить без гомодинного детектора. Кроме того, шум генератора ВАЦ также может легко маскировать любые изменения разницы между сигналами.

Самая интригующая часть этой новой технологии — ее способность «заглядывать» внутрь процессора во время его работы. Это невозможно с помощью любого другого инструмента, и это открытие открывает новые возможности для специалистов по диагностике и тестированию процессоров.

Однако есть проблемы, которые необходимо решить, прежде чем эта технология станет широко использоваться. Измерение ЦП с помощью терагерцового излучения может быть проблематичным для сложных чипов с несколькими слоями компонентов, расположенных друг над другом, например процессоров с трехмерной конфигурацией чиплета. В частности, трансляция не сможет определить, с какого слоя чипа она считывает данные, если «верхние слои непрозрачны». Чтобы обойти это, обсуждаются методы повышения чувствительности анализаторов цепей для точного тестирования плотно упакованных чипов.

Еще одна проблема этой технологии заключается в том, что злоумышленники могут проверить работающий процессор с целью кражи данных. Вероятно, это станет актуальным по мере развития технологии, но индустрии безопасности, вероятно, в конечном итоге придется начать разработку контрмер. Опасность этой атаки заключается в том, что существующие стандарты шифрования не могут ей противостоять, поскольку процессоры должны расшифровать данные перед их обработкой.

Это революционное исследование открывает двери как передовым методам отладки микросхем и контроля качества, так и новым, весьма сложным векторам атак. В 2026 году, когда безопасность данных и оборудования выходит на первый план технологической повестки дня, такие открытия заставляют нас задуматься о необходимости опережающего развития механизмов безопасности. Следующим шагом может стать разработка «терагерцовой защиты» для критически важных компонентов.