Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Habrahabr: Вскрытие чипа Nvidia 8600M GT

Ключевые слова:  nvidia, кремний, микроэлектроника, нанотехнологии, периодика, печатная плата, чип

Автор(ы): Смирнов Евгений Алексеевич

Опубликовал(а):  Смирнов Евгений Алексеевич

08 сентября 2011

image

Предисловие


Года 3-4 назад судьба распорядилась так, что в руки мне попал ноутбук Asus G2S. Счастье моё длилось ровно до прошлой зимы, когда ни с того, ни с сего на экране стали появляться артефакты, особенно при запуске игрушек или «мощных» приложений, активно работающих с видеочипом. В результате оказалось, что проблема именно в нём. Nvidia для практически всей геймерской линейки G2 поставляла видеочипы с браком (отслоение контактов между самим кристаллом и подложкой), который обнаруживался лишь через пару лет интенсивной работы. Решение было однозначным – замена видеочипа. Но что делать со старым?! Ответ на этот вопрос пришёл на редкость быстро…

Дело в том, что в качестве «хобби» я читаю лекции в СУНЦ МГУ (школа Колмогорова), и меня давно просили подготовить материал по микро и наноэлектронике, где бы объяснялось как, где и в каких условиях производят флешки, процессоры и т.д. А тут такой ценный образец пропадает, так что буквально через день старенький видеочип лежал под алмазным кругом микротома.

image
Наш старенький, но добротный Accutom-2. В корпорации добра даже нормальной фотографии этого девайса не нашлось.

Наверное, поступил глупо, что не снял видео процесса разрезания самого чипа, но что поделать – c’est la vie. Когда в руках у меня оказалось 3 части, то разочарованию не было предела. Оказалось, что срез был довольно грубым (хотя я рассчитывал, что микротом сможет разрезать ровно и оставить после себя гладкую поверхность), и пришлось ещё долго и упорно шлифовать и полировать торцевую поверхность чипа, которую я затем рассмотрел под электронным микроскопом.

О пользе полировки


Кстати, польза от полировки видна невооружённым взглядом, точнее вооружённым, но только оптическим микроскопом:

image
Слева фотографии до полировки, справа – после. Верхний ряд фотографий – увеличение 50x, нижний – 100x.

После полировки (фотографии справа) уже на увеличении 50x видны медные контакты, соединяющие отдельные структуры чипа. До полировки, они, конечно же, тоже проглядывают сквозь пыль и крошку, образовавшуюся после резки, но разглядеть отдельные контакты вряд ли удастся.

Электронная микроскопия


Оптика даёт 100-200 крат увеличения, однако это не идёт ни в какое сравнение с 100 000 или даже 1 000 000 крат увеличения, которое может выдать электронный микроскоп (теоретически для ПЭМ разрешение составляет десятые и даже сотые доли ангстрема, однако в силу некоторых реалий жизни такое разрешение не достигается). К тому же, чип изготовлен по техпроцессу 90 нм, и увидеть с помощью оптики отдельные элементы интегральной схемы довольно проблематично. А вот электроны вкупе с определёнными типами детектирования (SE2 – вторичные электроны) позволяют визуализировать разницу в химическом составе материала и, таким образом, заглянуть в самое кремниевое сердце нашего пациента, а именно узреть сток/исток, но об этом чуть ниже.

Печатная плата


Итак, приступим. Первое, что мы видим – печатная плата, на которой смонтирован сам кремниевый кристалл. К материнской плате ноутбука он крепится с помощью BGA пайки. В ходе разработки лекции для школьников я пользовался довольно подробными публикациями от компании Intel на Хабре, однако недавно нашёл пару видео фрагментов с канала Discovery о кремниевой электронике. Например, в этом видеофрагменте рассказано о том, как кремниевый чип устанавливается на подложку, а также как эти маленькие (~0,5 мм в диаметре) оловянные шарики упорядоченно размещаются на печатной плате. Китайцы с их трудолюбием и усердием тут совершенно ни при чём (Видео на youtube).


image
BGA пайка.

image
BGA пайка.

Сам же кристалл устанавливается на некое подобие BGA, давайте назовём его «mini»-BGA. Это те же шарики из олова, которые соединяют маленький кусочек кремния с большой многослойной печатной платой, только их размер гораздо меньше.

image
Сравнение BGA и mini-BGA пайки.

image
Сравнение BGA и mini-BGA пайки.

Кстати, между кристаллом и печатной платой находится очень много «шариков», которые, по всей видимости, являются своего рода заполнителем пустого пространства между этими элементами и, возможно, способствуют отводу тепла от самого чипа к PCB.

image
Множество шарообразных частиц заполняют пространство между чипом и печатной платой. А вы видите уже проглядывающие контакты на самом видеочипе?!

Далее будет немножко фотографий самой печатной платы. Она оказалось 8-ми слойной, причём все слои так или иначе соединены между собой. И ещё – материал платы «волнистый», это заметно, как на оптических фотографиях, так и на изображениях, полученных с помощью электронного микроскопа. Кто знает, почему?!

image

image

image

Элемент обвязки


Микротом позволил аккуратно разрезать один из элементов обвязки, который, судя по всему, является либо SMD резистором, либо конденсатором. Но, честно говоря, я ожидал увидеть всё что угодно, только не полосатую структуру (т.е. данный элемент собран послойно из нескольких материалов, о чём свидетельствует разность контраста), поэтому если есть знающие люди, то Ваши комментарии очень помогут разобраться.

image
Оптическая фотография элемента обвязки видеочипа.

image
Оптическая фотография элемента обвязки видеочипа.

image
Оптическая фотография элемента обвязки видеочипа.

image
СЭМ-фотография элемента обвязки видеочипа.

image
СЭМ-фотография элемента обвязки видеочипа.

Кристалл NVidia 8600GT собственной персоной


Итак, вроде все элементы чипа NVidia 8600 GT мы увидели, кроме самого главного – устройства самого камня, а точнее очень тонкого слоя на нём. О том, как кварцевый песок превращается в высокочистый монокристаллический кремний можно узнать из блога компании Intel или из следующего видео, опять-таки от канала Discovery (Видео на youtube).

Чтобы гонять электроны по своим медным и полупроводниковым контактам пластины из кремния прошли множество стадий обработки, а я взял и всё испортил, препарировал бедный чип. Но не буду долго томить… Вот, ради чего я так долго мучился, и что хотел увидеть – отдельные элементы, выполненные по техпроцессу 90 нм:

image
Отдельные элементы современной компьютерной техники.

Еле заметная разница в контрасте – это и есть те самые стоки/истоки, которые помогают нам с Вами работать за компьютером, играть в компьютерные игры, смотреть фильмы, слушать музыку и т.д. Размер структур составляет, по моим подсчётам, около 114 нм, учитывая ~10% в шкале и расчётах, а также особенности литографии, эта цифра очень хорошо согласуется с заявленным техпроцессом.
Далее будет ещё несколько фотографий видеочипа:

image

image

image

image

image

Заключение


Многое из увиденного внутри видеочипа меня поразило. Элемент обвязки – вообще, полосатый шедевр. И этим я с удовольствием поделился со школьниками на открытии олимпиады по нанотехнологиям, очный тур которой проводился в Москве в апреле месяце. На открытии мне довелось прочитать подготовленную лекцию.
Конечно, публикации от Intel, фото, найденные в Интернете с помощью корпорации добра, красивые картинки и анимация – отличная вещь, позволяющая быстро получить требуемую информацию и знание. Однако когда лично ты разрезаешь чип, изучаешь его, не отрываясь от экрана монитора часами, и видишь, что техпроцесс действительно 90 нм, что кто-то смог создать, просчитать всю эту конструкцию до мельчайших деталей, то в этот момент чувствуешь радость и гордость за человечество, которое создало такой совершенный продукт. Это просто WOW!

P.S. В дальгейшем планируется продолжить начатую тему. Уже в полуготовом виде на сегодняшний день в коробочке аккуратно лежат мёртвая и препарированная флешка, HDD, кусочек CD диска и резистивный дисплей китаефона. Следите за обновлениями на Хабре и Нанометре.



Средний балл: 10.0 (голосов 7)

 


Комментарии
Кусов Андрей Леонидович, 09 сентября 2011 10:20 
Во буржуи дают, как делать умеют! :)
Молодца!
Аффтар, пили исчо!
Shvarev Alexey, 09 сентября 2011 13:38 

Это обычный керамический конденсатор, он родимый именно так и устроен. Чередующиеся слои включены
параллельно. Эх, где мое тяжелое детство с керамическими пластинами гибридных микросборок в качестве игрушек?
Смирнов Евгений Алексеевич, 09 сентября 2011 20:18 
Инвайт на Хабр получен - очень сильный стимул двигаться дальше... Надеюсь, всё сложится хорошо и помимо текстовой версии, на суд зрителей будут представлены видео-ролики и телепередачи;)
Гудилин Евгений Алексеевич, 10 сентября 2011 16:59 
Женя, пили лампочку ильича от Оптогана. Все споры должно разрешить твое экспертно - микроскопическое мнение :-)
Гусева Екатерина Дмитриевна, 11 сентября 2011 08:16 
У меня видеокарта Foxconn GeForce стала "умирать" через год работы (видимо, у этой серии тоже чип с каким-то браком) Может, когда-нибудь и я распилю этого "мертвеца". После этой статьи появилось такое желание...
Смирнов Евгений Алексеевич, 12 сентября 2011 16:17 
Если у нас всё срастётся, будет поддержка и т.д., то я думаю будет целая серия статей и обзоров, посвященных не только IT-индустрии, но и, например, исследованию кожи, волос, керамики, металлов и т.д.)

Так что пока вера и энтузиазм не умерли, будем стараться, а там видно будет!
Андрей Леонидович, 11 сентября 2011 14:42 
Гм...очень сомнительно, чтобы исток-сток, то есть области различного легирования p/n , или же легирования различного уровня n/n+, отличались в простом оптическом микроскопе визуально. Были, помнится, попытки использовать, в частности, масс-спектрометрию вторичных ионов (ВИМС) с благородной целью промшпионажа
Смирнов Евгений Алексеевич, 12 сентября 2011 16:15 
а никто про оптику и не говорит, а вот то, что на СЭМ-изображениях есть различие в контрасте - это уже хорошо, поучительно и познавательно.
Гудилин Евгений Алексеевич, 11 сентября 2011 17:20 
Так промшпионаж делается скрытно, за деньги и пр. А тут - любопытство, граничащее с намеком на образование...
Андрей Леонидович, 11 сентября 2011 17:41 
Забыл поставить
К тому же шпионаж имеет целью использовать разведданные на производстве заинтересованной стороны. Этого умысла уважаемый автор не мог иметь априори, вот тут уже
Палии Наталия Алексеевна, 12 сентября 2011 13:31 
Хорошая работа , прекрасное заключение

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Зело зыркнет зверь зоркий
Зело зыркнет зверь зоркий

4 февраля объявили лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке»
4 февраля в здании Минобрнауки РФ состоялась торжественное награждение лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке». 11 научно-просветительских проектов были отмечены престижной наградой.

Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии
5 февраля в Московском университете в Шуваловском корпусе МГУ состоится Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии, посвященный Международному году Периодической таблицы химических элементов, начало - 10 часов.

II Всероссийский химический диктант пройдет 18 мая 2019 года
В 2019 году периодическому закону Дмитрия Менделеева исполнится 150 лет! В честь великого открытия этот год объявлен Международным годом Периодической таблицы химических элементов. Одним из наиболее ярких событий, приуроченных к этому году, станет II Всероссийский химический диктант, который пройдет 18 мая и который в этом году выходит на международный уровень. Мероприятие было анонсировано в рамках церемонии открытия Международного года Периодической таблицы химических элементов 29 января 2019 года в Париже, в штаб-квартире ЮНЕСКО.

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Российская газета: Перевернуть пирамиду. Президент РАН: как повысить наши шансы на Нобеля
Юрий Медведев
Почему Россия по числу Нобелей отстает от ведущих стран мира, уступая, например, даже маленькой Швейцарии? Замалчиваются ли достижения отечественных ученых? Почему без привлечения в науку российского бизнеса мы не сможем успешно конкурировать в борьбе за престижную научную премию? Об этом корреспондент "РГ" беседует с президентом РАН Александром Сергеевым, который побывал в Стокгольме на вручении Нобелевских премий и поделился своими впечатлениями.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.