После предыдущих статей с внутренностями микросхем (1, 2) многие писали, что фотографии — это конечно интересно, но хотелось бы знать что есть что.

Сегодня возможность удовлетворить этот закономерный интерес наконец появилась. Ковырять будем 1986ВЕ91Т — это микроконтроллер Миландра, основанный на лицензированном ядре ARM Cortex-M3. Внутри — 128 КиБ флеш-памяти, 32 КиБ статической памяти, аппаратный USB и 80Мгц ядро, изготовлено по технологии 180нм.

Смотрим

Проволока, соединяющая выводы и контактные площадки на микросхеме осталась: корпус металлокерамический, и травить его не пришлось. Весь фарш скрыт от нашего взора несколькими слоями алюминиевых соединений. Размер кристалла — 6.54×5.9мм.

Травим металлизацию… Почти достали до самого дна:

А вот и самый нижний слой с транзисторами и слоем поликремния (первый уровень соединений и затворы транзисторов):

Аннотация блоков кристалла

IO Cells & bonding pads — стандартные кусочки схемы, которые управляют ногой микросхемы, содержат элементы защиты от статического электричества, могут переключатся в режим входа, выхода. Непосредственно под контактными площадками транзисторов нет — т.к. при приваривании проволоки они могут быть повреждены.
4x32KiB flash — 4 стандартных блока флеш-памяти. Почему не один большой? Видимо на заводе предоставляли готовый блок именного такого размера, и для не слишком крупносерийного продукта дешевле использовать как есть, пусть площадь кристалла и будет несколько больше.
32KiB SRAM — быстрая статическая память, состояние которой не сохраняется при выключении питания. —
64x32B ROM — загрузочная память. Запрограммирована на заводе «перемычками» — и не может быть изменена.
USB PHY — физический интерфейс протокола USB. Тут только приемники/передатчики сигнала, а цифровая часть USB контроллера — в синтезированной «каше» в центре кристалла.
Internal linear regulator (1.8V) — внутренняя схема понижения напряжения питания до 1.8В. Это нужно потому что 1.8В транзисторы при работе потребляют существенно меньше энергии, чем 3.3В.
Battery domain — работающая от батареи схема, заточеная под сверхнизкое потребление энергии. Тут таймер реального времени, несколько байт памяти, генератор на внешнем 32кГц кварце.
RC Oscillators — внутренние RC генераторы (низкой и высокой частоты), позволяющие использовать микроконтроллер без кварца.
System/USB PLL — схемы умножения частоты для системы и USB. Позволяют например из 10Мгц кварца получить 80Мгц системную частоту, и 48Мгц для USB.
2xDAC — цифро-аналоговые преобразователи.
2xADC — аналогово-цифровые преобразователи. Пустые места — это вероятно были конденсаторы.
FIFO/Buffers — маленькие блоки статической памяти. Вероятно это FIFO буфферы для 2-х CAN контроллеров и проч.

Большинство из вышеперечисленных блоков — не обязательно разрабатывать с нуля, а можно лицензировать на фабрике, или приобрести у компаний, разрабатывающих и продающих IP.

Cell based synthesized logic — автоматически синтезированная схема из Verilog-описания. Тут как само ядро процессора, так и контроллеры периферии. Синтезируются не напрямую транзисторы, а стандартные ячейки фиксированной высоты — кусочки схемы, реализующие стандартные функции (вроде И, ИЛИ, триггеров и проч.).

Взглянем ближе на отдельные элементы

Boot ROM
При желании содержимое можно «прочитать». Но конечно, в данном случае это не требуется, т.к. Boot ROM виден через отладчик.

SRAM
Площадь ячейки 9.14 мкм², соответствует технологии 180-250нм.

Flash
Сразу видно, почему флеша в микроконтроллеры пихают много — ячейка занимает намного меньшую площадь (т.к. нужен всего один транзистор на бит, а иногда и половинка транзистора):

Синтезированная логика
А вот ряды стандартных ячеек, основной цифровой фарш микросхемы. Конечно разобраться какие конкретно функции тут выполняют ячейки уже не выйдет, т.к. необходимо видеть и металлы.

На этом пока все, надеюсь мой рассказ был интересен. Ну а в будущем — я попробую разобрать внутренности какой-нибудь микросхемы по-проще уже на уровне отдельных транзисторов.

PS: Также хочу воспользоваться моментом, и вынести в статью один из своих комментариев к предыдущей:

Вот кстати, никто не хочет проспонсировать мои некоммерческие проекты (цена вопроса — 150-500к$)?
Мне электронный микроскоп (в частности), вам — живительная карма, PR и некоторая (небольшая) возможность войти в историю 🙂

Я тут вполне серьёзно. Само собой, с конкретным бюджетом, финансовой отчетностью и проч. Если что, вы знаете, где меня найти.