非侵入式 CPU 测试技术问世，可实时“透视观察”处理器晶体管活动

4 月 14 日消息，科技媒体 IEEE Spectrum 于 4 月 12 日发布博文，报道称阿德莱德大学研究团队在半导体测试领域取得突破，发现利用太赫兹辐射可探测芯片内部晶体管活动。

注：太赫兹辐射（Terahertz Radiation）是指频率介于 0.1-10 THz（波长 30-3000 微米）的电磁波，位于微波与红外线之间。太赫兹波具有穿透非极性材料、非电离辐射（安全性高）、对微小结构敏感等特性。

在芯片测试中，太赫兹波可穿透封装材料探测内部晶体管活动，但波长（约 300 微米）远大于晶体管尺寸（纳米级），导致信号检测难度极高。

报道指出该技术可以在不破坏性拆解的情况下，让技术人员首次能在处理器运行时，“透视”其内部工作状态。

测试过程依赖实验室设备矢量网络分析仪（VNA），VNA 生成已知频率和相位的微波信号，经频率扩展器转换为太赫兹波，再通过聚焦透镜照射到微芯片表面。

测试时芯片必须通电工作，内部晶体管在开关切换后会反射太赫兹信号，接收器捕捉这些反射信号并下变频回微波，通过检测幅度和相位的微小差异来还原晶体管状态。

研究团队成员 Withawat Withayachumnankul 表示，团队不得不“破解”改造接收器，才能在太赫兹频段工作。

原设备仅设计用于微波频率比对，而太赫兹信号的物理尺寸实际上比被探测的晶体管更大，导致反射信号的变化极难捕捉。

团队采用零差正交接收器解决了这一难题，这是目前唯一能检测两个频率间微小差异的设备，同时还能有效抑制振荡器噪声干扰。

这项技术的核心价值在于非侵入式诊断。传统测试工具无法在芯片工作时观察内部状态，而太赫兹探测填补了这一空白，为处理器故障诊断和芯片测试开辟了新路径。技术人员可以在不损坏芯片的情况下，实时观察内部晶体管的开关行为。

研究团队同时指出，该技术目前依然不够成熟，遇到的最大挑战就是多层堆叠芯片。对于采用 3D 堆叠小芯片设计的复杂处理器，太赫兹辐射难以穿透不透明的上层结构，无法准确判断信号来自哪一层。

参考

Non-Contact Probing of Active Semiconductor Devices Using Terahertz Waves