Изобретатели ёпта...
Суть технологии eFuseeFuse (электрический предохранитель) — это микроскопическая программируемая перемычка (предохранитель), встроенная в структуру кремниевого чипа, которую можно однократно и необратимо "пережечь" с помощью электрического тока после изготовления чипа.
Если говорить по-простому, представьте себе тончайший проводок (в тысячи раз тоньше человеческого волоса), который в обычном состоянии проводит ток. Если пропустить через него мощный и короткий импульс тока, он нагреется и расплавится, разорвав цепь. Это и есть "пережигание" eFuse.
Принцип работы и физическая структураСтруктура: Ключевым элементом eFuse является поликремниевый проводник (из поликристаллического кремния), который служит плавкой перемычкой. Он соединен с более широкими и проводящими металлическими контактами с двух сторон.
Механизм программирования (пережигания):На чип подается специальное высокое программирующее напряжение (значительно выше, чем рабочее напряжение ядра).
Система управления подает этот импульс напряжения на конкретный eFuse, который нужно "пережечь".
Через тонкий поликремниевый проводник протекает большой ток (>10 мА).
Из-за высокого сопротивления поликремния выделяется джоулево тепло, и температура проводника локально достигает ~1000 °C.
Поликремний плавится и разрывается, превращаясь в изолирующий материал. Цепь размыкается.
Считывание состояния: Рядом с eFuse находится схема считывания (обычно на основе инвертора или дифференциальной пары). Она определяет, замкнут eFuse (логический '0') или разомкнут (логическая '1').
Ключевые преимущества и решаемые проблемы (Почему это была революция?)До eFuse использовались лазерные предохранители (laser fuse), которые пережигались лазером на этапе тестирования чипа, еще до упаковки. eFuse предлагал кардинальные преимущества:
Возможность пост-упаковочной настройки (Post-Package Trimming): Это главное преимущество. Чип можно настраивать и ремонтировать после того, как он был запаян в корпус. Это открыло возможности:
Коррекция параметров на готовом устройстве: Если после изготовления чип работает неидеально (например, частота чуть ниже, чем нужно), можно "дотянуть" его, перепрограммировав eFuse.
Адаптация под конкретного заказчика: Один и тот же чип можно персонифицировать для разных клиентов на последнем этапе производства.
Повышение выхода годных чипов (Yield Enhancement): Полупроводниковое производство — неидеальный процесс. На одной пластине всегда есть чипы с дефектами. eFuse позволил "чинить" их:
Ремонт памяти: Если в процессоре или другом чипе есть блок кэш-памяти с дефектом, его можно отключить с помощью eFuse и включить резервный, исправный блок. Вместо бракованного чипа получается рабочий, но с немного меньшим объемом кэша. Это широко используется по сей день в CPU и GPU.
Повышение безопасности:
Защита от взлома: eFuse можно использовать для хранения уникального криптографического ключа, "прошитого" в чип навсегда. Его невозможно изменить или считать без разрушения.
Запрет доступа: С помощью eFuse можно навсегда заблокировать доступ к отладочным интерфейсам (например, JTAG) после того, как прошивка будет готова, чтобы предотвратить реверс-инжиниринг и клонирование.
Плотность и стоимость: Структуры eFuse значительно меньше лазерных предохранителей, так как не требуют специальных "окон" в чипе для доступа лазера. Это позволяет размещать тысячи eFuse на одном чипе без увеличения площади.
Конкретные примеры применения (помимо IBM)Хотя технологию изобрела IBM, ее лицензировали и начали массово использовать почти все крупные производители полупроводников:
IBM/Sony/Toshiba в процессоре Cell для PlayStation 3: Использовали eFuse для тонкой настройки производительности и управления энергопотреблением каждого ядра на лету.
Intel и AMD: Широко используют eFuse для ремонта кэш-памяти и персонализации процессоров.
Apple: В своих чипах серии A и M использует eFuse для хранения уникальных идентификаторов, управления функциями безопасности и, возможно, отключения дефектных блоков.
Пользовательские чипы (ASIC/SoC): Для калибровки аналоговых блоков (ЦАП/АЦП, генераторов), установки рабочих частот и напряжений.
Ограничения и недостаткиОднократность: eFuse нельзя восстановить. Решение является окончательным.
Надежность: Существует небольшой риск самопроизвольного пережигания из-за электростатического разряда (ESD) или других экстремальных условий. Однако схемы защиты обычно сводят этот риск к минимуму.
Стоимость разработки: Требуется разработка сложной системы управления (контроллера eFuse), который обеспечит правильные напряжения и временные диаграммы для надежного пережигания.
Эволюция: от eFuse к другим технологиямeFuse открыл путь для более продвинутых технологий реконфигурации чипов:
Anti-Fuse: Противоположность eFuse. Изначально представляет собой разрыв (изолятор). При программировании высокое напряжение "пробивает" его, создавая проводящий канал. Также необратимо, но обычно имеет меньшее сопротивление в запрограммированном состоянии.
Флэш-память (Flash) и другие перепрограммируемые технологии: Для сценариев, где требуется многократное изменение конфигурации, используются энергонезависимые перепрограммируемые памяти. Однако они обычно занимают больше места и сложнее в изготовлении, чем eFuse.
ИтогeFuse от IBM 2004 года — это не просто "предохранитель в чипе". Это фундаментальная технология, которая превратила статические, неизменяемые после производства чипы в "живые", адаптируемые системы. Она позволила значительно снизить стоимость производства, повысить надежность и безопасность микроэлектроники, и до сих пор является критически важным элементом практически любого сложного процессора или систем-на-кристалле (SoC).
yaplakal.com