Forscher können jetzt Transistoren in Chips im Betrieb beobachten
Forschende der Universität Adelaide haben eine neue Methode entwickelt, mit der sich die Aktivität von Transistoren innerhalb eines Chips während des laufenden Betriebs beobachten lässt. Die Technologie birgt dabei auch einige Risiken.
Um diese extrem kleinen Abweichungen überhaupt messbar zu machen, mussten die Forschenden ihre Geräte anpassen. Insbesondere kam ein homodyner Quadraturdetektor zum Einsatz, der als einziges Instrument in der Lage ist, die winzigen Unterschiede in Amplitude und Phase zuverlässig zu erkennen. Ohne diese Technik würden Störungen, etwa ein Rauschen im Messsystem, die Signale überdecken.
Die Methode birgt so die Fähigkeit, direkt in das Innere eines Prozessors zu blicken, während dieser arbeitet. Bisherige Verfahren erlaubten meist nur indirekte oder statische Analysen. Die neue Technik eröffnet daher völlig neue Möglichkeiten für die Diagnose, Entwicklung und Qualitätssicherung von Chips.
Auch Sicherheitsfragen rücken in den Fokus. In Zukunft könnten Angreifer die Technik nutzen, um während des laufenden Betriebs Daten aus Prozessoren auszulesen. Da Informationen vor der Verarbeitung entschlüsselt werden müssen, bieten herkömmliche Verschlüsselungsverfahren hier keinen Schutz. Entsprechende Gegenmaßnahmen dürften daher bald ein wichtiges Thema für die IT-Sicherheitsbranche werden.
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Genaueste Messungen mit Terahertz-Strahlung
Kern der Technik ist ein sogenannter Vektor-Netzwerkanalysator (VNA), ein Laborgerät, das Mikrowellensignale mit genau definierter Frequenz und Phase erzeugt. Diese Signale werden über einen Frequenzumsetzer in Terahertz-Wellen umgewandelt und gezielt auf einen aktiven Mikrochip gerichtet. Während der Chip arbeitet und seine Transistoren ständig ein- und ausgeschaltet werden, verändert sich das reflektierte Signal minimal. Diese feinen Unterschiede werden anschließend erfasst, zurück in Mikrowellen umgewandelt und mit dem ursprünglichen Signal verglichen, wie IEEE Spectrum berichtet.Um diese extrem kleinen Abweichungen überhaupt messbar zu machen, mussten die Forschenden ihre Geräte anpassen. Insbesondere kam ein homodyner Quadraturdetektor zum Einsatz, der als einziges Instrument in der Lage ist, die winzigen Unterschiede in Amplitude und Phase zuverlässig zu erkennen. Ohne diese Technik würden Störungen, etwa ein Rauschen im Messsystem, die Signale überdecken.
Die Methode birgt so die Fähigkeit, direkt in das Innere eines Prozessors zu blicken, während dieser arbeitet. Bisherige Verfahren erlaubten meist nur indirekte oder statische Analysen. Die neue Technik eröffnet daher völlig neue Möglichkeiten für die Diagnose, Entwicklung und Qualitätssicherung von Chips.
Technik birgt Sicherheits-Probleme
Allerdings steht die Technologie noch vor Herausforderungen. Bei komplexen Prozessoren mit mehreren übereinanderliegenden Schichten, also bei modernen 3D-Chipdesigns, ist es schwierig zu bestimmen, aus welcher Ebene ein Signal stammt. Wenn darüberliegende Schichten die Strahlung abschirmen, wird die Messung ungenau. Die Wissenschaftler arbeiten daher daran, die Empfindlichkeit der Messgeräte weiter zu verbessern.Auch Sicherheitsfragen rücken in den Fokus. In Zukunft könnten Angreifer die Technik nutzen, um während des laufenden Betriebs Daten aus Prozessoren auszulesen. Da Informationen vor der Verarbeitung entschlüsselt werden müssen, bieten herkömmliche Verschlüsselungsverfahren hier keinen Schutz. Entsprechende Gegenmaßnahmen dürften daher bald ein wichtiges Thema für die IT-Sicherheitsbranche werden.
Zusammenfassung
- Uni Adelaide zeigt Transistoraktivität im laufenden Chipbetrieb in Echtzeit
- Ein VNA erzeugt Mikrowellen, die als Terahertzstrahlen auf Chips treffen
- Reflexionsänderungen werden zurückgewandelt und präzise verglichen
- Ein homodyner Quadraturdetektor macht kleinste Phasenlagen messbar
- Die Methode verbessert Diagnose, Entwicklung und Qualität von Prozessoren
- Bei 3D-Chips erschwert Abschirmung die Zuordnung von Signalen je Ebene
- Risiken entstehen, da Angreifer im Betrieb sensible Daten auslesen könnten
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