核心要點

• 晶圓廠與封裝廠必須采用基于證書的新型解決方案，才能提供可信半導(dǎo)體器件。

• 物理 ID 將器件與證書綁定，且必須具備不可篡改、不可克隆特性。

• 模擬器件、混合信號器件、傳感器 IC 以及分立器件均需要外置 ID。

• 全球?qū)π酒捌鋬?nèi)部元器件來源與去向的擔憂日益加劇，正推動行業(yè)以永久、不可篡改、不可克隆的方式對芯片進行標記。

盡管這類舉措在數(shù)字領(lǐng)域已逐步推廣，但芯片與系統(tǒng)中的模擬 / 混合信號器件仍缺乏此類標記。缺少身份識別技術(shù)使其極易遭遇假冒，進而損害終端系統(tǒng)性能。傳感器與分立器件同樣面臨假冒風(fēng)險。

這些器件廣泛應(yīng)用于關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、安全敏感市場，以及受進出口管制的復(fù)雜系統(tǒng)中。當前的挑戰(zhàn)是通過物理 ID 的端到端追蹤消除此類風(fēng)險，構(gòu)建可信供應(yīng)鏈解決方案，但實現(xiàn)過程并非易事。

物理 ID 是一項核心技術(shù)，可在制造與現(xiàn)場使用中讀取，且必須不可篡改、不可克隆。數(shù)字 IC 可采用現(xiàn)有 ID 技術(shù)，但混合信號 / 模擬 IC、傳感器 IC 或分立器件尚無等效方案。

這對美國政府定義的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成隱患，涉及通信、航空航天、國防與公用事業(yè)領(lǐng)域，約占當前全球半導(dǎo)體總潛在市場（TAM）的 20%，規(guī)模約 1500 億美元。

可信供應(yīng)鏈會構(gòu)建安全的數(shù)字證書層，在電子生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)共享 —— 覆蓋晶圓、封裝器件、PCB 與終端系統(tǒng)。

Aerocyonics 首席執(zhí)行官丹尼爾?迪梅斯表示：“可信供應(yīng)鏈的核心是物理信任根，即與數(shù)字證書不可分割地綁定的不可篡改器件身份。”

“根據(jù)器件類型與制造工藝，信任根可呈現(xiàn)多種形式：例如利用硅片固有差異生成的物理不可克隆函數(shù)（PUF）；晶圓制造中嵌入的安全元件或加密小芯片；激光蝕刻或熔斷寫入、與晶圓廠數(shù)據(jù)庫證書綁定的芯片 ID；或是搭配一次性可編程密鑰庫的非易失性存儲器簽名。

每種方式均提供硬件級身份標識，未經(jīng)檢測無法克隆或篡改。該信任根在晶圓或芯片階段植入，在物理硅片與認證數(shù)字記錄之間建立可驗證、不可克隆的綁定關(guān)系。”

圖 1：制造全流程中的證書生成示意 數(shù)據(jù)來源：Tartan Silicon Systems

器件 ID 技術(shù)與晶圓及封裝器件的制造測試流程協(xié)同工作。

Tartan Silicon Systems 總裁兼首席執(zhí)行官艾倫?阿諾夫表示：“創(chuàng)建器件級 ID 與證書主要有兩種場景。一是分配唯一器件 ID，二是為器件配置特定功能或密鑰。配置通常在最終測試階段完成，此時器件功能已得到全面驗證。

生成唯一器件 ID 并與證書綁定有多種方式。一種是免干預(yù)方案，ID 通過片上數(shù)字指紋在上電時自動生成，通常采用 PUF 或信任根（RoT）模塊實現(xiàn)。

另一種是在晶圓測試階段創(chuàng)建 ID，將 ID 與晶圓測試數(shù)據(jù)一同讀取并記錄，可關(guān)聯(lián)至晶圓 ID 與芯片精確位置。這些信息將納入整體可追溯性數(shù)據(jù)庫。”

身份標識技術(shù)

器件物理 ID 是構(gòu)建可信供應(yīng)鏈的基礎(chǔ)技術(shù)，必須具備唯一性。以往制造商采用簡單光學(xué) ID 與電子芯片 ID（ECID）實現(xiàn)器件追溯，但這類標識若不具備不可篡改、不可克隆特性，仍可被復(fù)制或篡改。

物理 ID 需可被 “讀取”。內(nèi)置芯片 ID需要芯片 / 器件上電，才能電信號 “設(shè)定” 與 “讀取”。外置 ID則可根據(jù)技術(shù)類型，通過光學(xué)、X 射線或紅外探測器讀取。

內(nèi)置 ID

數(shù)字超大規(guī)模集成電路長期依賴電子芯片 ID（ECID）提供唯一標識，支持器件級追溯應(yīng)用。ECID 通常包含晶圓批次、晶圓 ID、晶圓圓心坐標與測試程序版本。

非易失性存儲位在晶圓測試階段編程，封裝測試階段追加編程。但 ECID 已無法滿足芯片安全與可信供應(yīng)鏈的需求。

西門子 EDA Tessent IC 解決方案總監(jiān)李?哈里森表示：“工廠對溯源能力的需求日益增長。目前行業(yè)采取了多種措施，最基礎(chǔ)的是在硅片中硬編碼唯一標識。這種方式可行，但從安全角度并非最優(yōu)方案。

通過片上機制為每顆硅片生成唯一標識正成為更理想的選擇。”

過去十年，符合安全標準的內(nèi)置 ID 逐步普及，主要依托 CMOS 器件的物理熵值，可生成唯一、不可篡改、不可克隆的標識。

目前多數(shù)內(nèi)置 ID 成本過高，難以用于大量邊緣與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，會占用硅片面積與功耗，增加實現(xiàn)耗時，甚至降低可測試性。但相關(guān)優(yōu)化工作正在推進。

新思科技戰(zhàn)略項目總監(jiān)里德?欣克爾表示：“現(xiàn)有小面積替代方案。我們可提供極小尺寸版本滿足此類應(yīng)用需求，可通過測試或調(diào)試接口在全生命周期訪問。

工藝節(jié)點方面，我們的 IP 已成功應(yīng)用于 350nm 至 2nm 的所有 CMOS 工藝，并將覆蓋 soon 埃米級節(jié)點。只要工藝中包含 SRAM，該 IP 即可正常工作。”

外置 ID

外置 ID 擁有多種應(yīng)用場景，器件不上電也可讀取，便于在組裝與 PCB 工廠追溯元器件。

半導(dǎo)體廠商長期在晶圓上使用激光刻蝕 ID，在基板與封裝蓋使用二維點陣，但這些方式無法滿足可信供應(yīng)鏈的 ID 要求。

內(nèi)置 ID 同樣不適用于多數(shù)模擬 / 混合信號、MEMS、傳感器 IC，以及功率晶體管、電容等分立器件。

國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SEMI）首席技術(shù)官梅利莎?格魯彭 - 謝曼斯基表示：“許多基于加密密鑰的方案需要器件上電，現(xiàn)有大部分解決方案均如此。部分技術(shù)正探索采用外置或嵌入式物理不可克隆特征，

例如枝晶圖案或類標簽結(jié)構(gòu)，無需給芯片上電即可讀取。”

此外，所有基于物理 ID 的認證必須快速完成，避免影響自動測試設(shè)備（ATE）吞吐量。

愛德萬測試美國新興技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)開發(fā)總監(jiān)約翰?卡魯利表示：“外置 ID 需要滿足兩點：不可篡改，以及生產(chǎn)級速度。

讀取設(shè)備需安裝在分揀機或測試單元內(nèi)，且讀取速度足夠快，不會拖慢測試流程。”

過去數(shù)年，多家初創(chuàng)公司研發(fā)出適用于芯片的不可篡改、通常不可克隆的外置標識，技術(shù)類型、速度與適用場景（晶圓、基板或封裝器件）各不相同。

Digitho 首席執(zhí)行官理查德?博德里表示：“標識在光刻工藝步驟中施加，通常在焊盤或鈍化層開口圖形化階段。

使用標準光罩制作功能圖形后，通過動態(tài)可編程光罩在同一光刻膠上進行二次曝光，為每顆芯片打印唯一標識碼。

該步驟可使用 i-line 步進光刻機在任意光刻工序完成，僅需一次顯影。該工藝通常在晶圓切割前完成，也可應(yīng)用于重構(gòu)晶圓或面板。”

中介層、基板與最終封裝等組裝元器件同樣需要不可篡改、不可克隆的外置標識。相關(guān)技術(shù)包括薄膜附著金剛石微粉、油墨內(nèi)摻反射粒子等。

亞利桑那州立大學(xué)電氣與計算機工程教授、Densec ID 首席技術(shù)官邁克爾?科齊基表示：“我們的技術(shù)可在任何可印刷區(qū)域生成特征并通過相機識別。

針對面積有限的小型器件，我們專注于噴射打印點（UPdots），可應(yīng)用于片式無源器件等極小尺寸元件。

我們通常使用永久性聚合物，也在試驗可移除丙烯酸材料，可在小芯片上打印圖案，并在組裝前通過熱去離子水去除。”

混合信號、模擬、傳感器與分立器件

依托可信供應(yīng)鏈溯源，集成商可確保產(chǎn)品所用 IC 與分立器件可靠。系統(tǒng)中的混合信號、模擬與分立器件，同數(shù)字器件一樣易受假冒與黑市交易侵害。

小型邏輯器件可能無法內(nèi)置標識，同樣面臨風(fēng)險。

關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施需要大量小型低成本器件。若芯片行業(yè)無法為這些器件提供溯源保障，電子系統(tǒng)便無法獲得完全信任。

數(shù)據(jù)中心機柜依賴電源模塊與穩(wěn)壓器，軍用飛機需符合軍規(guī)的電容電阻，公共事業(yè)依賴傳感器，蜂窩基站依賴射頻器件。

各國政府已開始為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域強制要求 “可信硅片”，并愿意為指定地區(qū) / 國家（如歐盟、日本、印度、美國）生產(chǎn)的芯片支付溢價。

額外成本將支撐可信供應(yīng)鏈體系的初期建設(shè)與持續(xù)運維。

SEMI 的格魯彭 - 謝曼斯基表示：“許多模擬與混合信號器件（如部分傳感器）并非基于 CMOS 工藝制造，不支持片上存儲器或集成標識，

因此通常缺少內(nèi)置 ID，更無序列化唯一標識。追溯此類器件需要針對器件與制造工藝定制解決方案。

目前尚無通用方案，需行業(yè)協(xié)作或聯(lián)盟推動，制定貼合供應(yīng)鏈實際的解決方案。”

愛德萬測試的卡魯利表示：“我們已具備構(gòu)建可信供應(yīng)鏈的核心基礎(chǔ)。至少從數(shù)字芯片起步，這并非技術(shù)難題。

模擬混合信號射頻 IC、分立晶體管、無源器件及 PCB 等小型器件仍需技術(shù)創(chuàng)新。”

圖2

圖3 

圖4

總結(jié)

電子生產(chǎn)的分散化使端到端可追溯性成為普遍需求，而可信供應(yīng)鏈在此基礎(chǔ)上更進一步。

Archon 設(shè)計解決方案首席執(zhí)行官湯姆?卡齊奧拉斯表示：“采用可信供應(yīng)鏈意味著從芯片設(shè)計與制造開始，將身份、真實性與責任嵌入每一顆器件與每一筆交易，覆蓋晶圓、小芯片、PCB 等全鏈條。

標識技術(shù)為硅片奠定信任基礎(chǔ)，標準實現(xiàn)互操作性，政策框架保障執(zhí)行力。三者融合時，可信供應(yīng)鏈溯源將不僅是合規(guī)要求，更能轉(zhuǎn)化為價值鏈優(yōu)勢。”

為終端系統(tǒng)構(gòu)建可信供應(yīng)鏈，需要同時滿足不可篡改、不可克隆要求的內(nèi)置與外置 ID。

目前數(shù)字器件已廣泛具備此類能力，但混合信號、模擬、傳感器 IC 以及無源器件與電路板仍存在缺口。

新興外置 ID 有望解決技術(shù)挑戰(zhàn)，但需進一步研發(fā)與最終落地。否則，關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)將持續(xù)面臨假冒與黑市 IC 威脅，可能危及生命安全或中斷公用事業(yè)服務(wù)。