实习报告集成电路逆向设计实习记
臧楠　华中科技大学，电子科学与技术系0204班2005-8-28

　　引子

　　太湖之滨，惠山脚下，运河岸边，惠河路旁。

　　绿荫掩映之中，座落着国内最早建立的专业集成电路研究所—中国电子科技集团公司某所。该所曾在我国集成电路发展的各个阶段、多个领域进行过卓有成效的工作，创造出我国集成电路的先进水平。十余年来，该所以ASIC、DSP、CPU等硅VLSI的研发、生产为主攻方向，将国内CMOS技术从3微米提升到0.5微米，相应的集成规模也从2000门提高到40万门，为我国半导体集成电路的发展作出了重要贡献。

　　2005年7月18日，我怀着兴奋而又忐忑的心情，乘坐207路公交车来到该所，开始了以集成电路逆向设计为题的为期两周的实习。拜师我兴奋，是由于找到了一个在国内小有名气的实习单位。

　　我忐忑，是由于即将面临陌生的环境和众多的高人。

　　好在入所伊始，有随和热情、德高望重的指导老师将集成电路逆向开发的各道工序、赵钱孙李周吴郑王诸工一一引介。寒暄几句、套套近乎，一路拜师下来，觉得心里踏实了许多。

　　对于逆向设计的基本概念我原已有所耳闻，它是指从产品原型的测绘出发，进而获取产品的数字模型，并利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理，从而快速完成设计的一种工程方法。那么，集成电路的逆向设计是怎样的一个流程？其各道工序又如何进行？

　　门已进，师已拜。接下来，就让我一睹集成电路逆向设计的庐山真面目，看看集成电路逆向设计究竟是怎样的一个流程，试试集成电路逆向设计的各道工序如何操作吧！

　　学艺

　　找一块有用的芯片，照照相、制制版、提提图、画画图、仿仿真，芯片电路就反求了出来；编编工艺、设计设计工装、将生产线开动，芯片又做了出来；再做做测试、老化老化，芯片就可以上市了。这就是集成电路逆向开发的各道工序、完整流程。

　　但两周的时间实在短暂，还是先了解一下集成电路的逆向设计，体会一下照相、提图、画图及仿真的设计过程，编工艺以后的工序就以后再说吧。

　　照相

　　在显微图像自动采集平台上逐层对芯片样品进行显微图像采集。

　　与测量三维实体或曲面的逆向设计不同，测量集成电路芯片纯属表面文章：放好芯片位置、对对焦、选好放大倍数，使芯片表面在镜头中和显示器上清晰可见后，按下拍照按钮便可完成一幅显微图像的采集。取决于电路的规模和放大倍数，一层电路可能需要在拍摄多幅图像后进行拼凑，多层电路需要在拼凑后对准，有显微图像自动拼凑软件用于进行拼凑和对准操作。

　　操作简单易学，轻松搞定一切。

　　显然，这时微电子工艺课程中的内容可派上用场。

　　随便估算一下：该显微图像自动采集平台的放大倍数为1000倍，可将0.1um线条的放大至0.1mm的宽度。这意味着它已足以对付目前采用最先进工艺制作的0.09um集成电路芯片。

　　提图

　　将在显微图像自动采集平台上获得的电路图打印在相纸上后人工提图。

　　这时，学过的数字电路又派上了用场。一天之内，我从提取逻辑门到提取触发器，提图速度突飞猛进，因而顺理成章地受到某工表扬。但简单劳动毕竟是简单劳动，时间一长便觉提取原理图的工作枯燥乏味，提来提去怎么都提不起精神。

　　据了解，电路原理图分析系统TRACE已经具有多层显微图像浏览、电路单元符号设计、电路原理图自动和交互式分析提取以及电路原理图编辑等强大功能，版图分析系统LAYOUT则可完成多层版图轮廓自动提取、全功能版图编辑、嵌入软件代码自动识别、提取、校验以及设计规则的统计和提取。

　　不知为何不用先进的软件系统自动提图？

　　但据某工说，人往往容易过分夸大电脑的作用，其实如同翻译软件一样，最完美

　　无论如何，我还是希望用软件系统自动提图。

　　画图

　　将纸上的电路原理图和版图输入电脑。

　　由于未采用软件系统自动提图，我不得不将电路原理图人工输入电脑。我找到了一个小小的窍门：当我采用单元输入法时，一个异常复杂的功能模块就被简单化了，因为我只需要做单元的组合。

　　当然，我有一个好的软件—Cadence做帮手。这个软件功能强大，可以帮助我轻松完成工艺制作之前的所有工作，包括输入、查询、编辑、仿真、检测、报错等。联想起电路实验课上使用的PSpice软件，联想起在老师指导下曾经经历的画图仿真的过程，一种似曾相识的快感油然而生。

　　软件有所区别，但在阅读了帮助文档后上手很快。这显然得益于曾经使用过PSpice软件。

　　制作版图对我而言是一个新课题。

　　其实，它的成品就是一块晶体版。上面有许多的孔和布线。版图的制作是根据多晶单晶和阱种类的不同，在电脑上用不同的符号、颜色进行标记画图。我特别注意了布线的拐角和晶体管与晶体管之间的距离，以防止二级效应的发生。

　　这个过程最重要的要求就是细心！

　　熟悉一下电脑操作和电路软件的使用，重温一下学过的数字电路原理，我悠哉游哉、自得其乐，两天时间一晃而过。

　　记得第一次上机前某工简单交待几句未待开机便去忙碌，两小时后回来见我在电脑上忙得不亦乐乎，操作技巧几近娴熟，看了半晌冷不丁冒出一句：“挺忙，嗯？！”不知这是批评还是表扬！

　　仿真

　　对输入的电路原理图进行浏览、查询、编辑、调试与仿真。

　　这是运用学过的电路知识，分析电路原理，调节电路参数，并在一定的激励输入下观测输出波形，以验证设计的逻辑正确性。为此，首先了解了Verilog语言，用该语言编写功能块，然后再进一步完成仿真。而使用Cadence软件自带的Verilog语言功能，不用打开新窗口就能完成仿真的步骤。

　　仿真主要分为四步：1）、预选仿真信号；2）、启动交互仿真；3）、中断仿真；4）、点击菜单命令分析仿真结果。技术含量还可以，算得上是个技术活！

　　起初，进行触发器仿真总是不停地报错，按照错误提示修改后还是不断报错，报得我心烦意乱，改得我心灰意冷。节约节约时间，还是虚心请教一下某工吧！

　　在技术熟练精湛的某工指导下，我很快完成了仿真。

　　照相—提图—画图—仿真，一个流程下来，别说还真有那么一点成就感！在实习的最后阶段我情绪高涨，整整两天我将自己锁定在电脑前目不转睛、手忙脚乱地敲敲打打，活脱脱一个电脑虫、软件迷、工作狂！当然，话说回来，这也是为了给实习画上一个圆满的句号。

　　尾声

　　最后，我被特许走马观花地参观制造工艺流程。穿上特制的服装，带上特制的帽子，经风浴走进车间，亲眼目睹流水生产线上一台台庞大的进口设备灵巧地运转，一块块合格的芯片从设备的合格通道流出，次品则被从次品通道剔除……够了，流水生产的细节无论如何我是不会透露的，因为我要保守应该保守的秘密！

　　花絮－误车－最初一大早坐公交车上班，每到一站便见司机大叫“误车”，不禁愕然。

　　为解其意在班上求教于某工，方知是用无锡方言询问:“有无人下车”。某工附耳过来，告诉你一个做人的秘诀：在研究所里上班，不分男女老少，搞技术的、搞行政的、打杂的还是做饭的，只要面带笑容、心怀善意，大老远甜甜地姓张的喊他张工，姓汪的喊他汪工，保准你深得人缘。当官的例外，你可千万－要记住他的头衔！－击滚－遇到很厉害的朋友，不妨用无锡方言恭维一声：你击滚的！（相当于哇赛）－思考逆向工程－逆向工程如果和仿制联姻，可能会涉及知识产权保护等法律层面的问题。

　　逆向工程的价值在于迅速