浅析反向分析
北京芯愿景公司自2002年成立以来基于反向分析，致力于集成电路、智能硬件行业的技术分析和专利分析服务。多年来一直有行业内外人士提出反向分析到底是什么？利用反向分析如何为专利分析服务？甚至有反向分析是否合法的疑问。那么从今天起将定期推送文章，为您揭开反向分析的神秘面纱。
一.反向分析与正向设计
芯片反向分析（reverseengineering, RE）也称反向设计或反向工程，之所以称为“反向分析”是相对于“正向设计”而言的。正向设计采用自顶向下（top down）的设计方法，即从设计思想出发，通过电路或逻辑设计得到芯片网表，最后设计完成用于生产的版图。与之相反，反向分析采用自底向上（bottom up）的设计方法，从参考芯片（有时也称为“原芯片”）的图像开始，通过电路提取得到芯片网表或电路图，然后再对电路进行层次整理和分析，进而获取参考芯片的设计思想。
正向设计和反向分析的难点是不同的，正向设计的难点在于设计思想的构思，而反向分析的难点则在于设计思想的获取。 | 实际上正向设计是一种设计方法，通过正向设计可以把设计思想转变成芯片实物。而反向分析则是以学习设计技巧、提高设计经验、配合和完善正向设计为目的，因此，严格来讲反向分析并不是一种设计方法，而是促进和完善正向设计的一种工具和手段，是正向设计有益的必要的补充。 |
二.反向分析流程
反向分析主要应用于集成电路技术分析、专利分析、芯片仿制等不同的方面，不同的应用有着不同的设计流程。芯片仿制是利用反向技术完成一个完整的芯片设计，其流程最为完整，为了让读者更加全面地了解反向分析流程，下面就以芯片仿制为例详细介绍一下反向分析流程。
芯片前处理是反向分析的基础性环节，它包括封装去除、管芯解剖、图像采集和图像处理等步骤，通过前处理可以得到包含参考芯片所有版图信息的芯片图像数据库。
网表提取是基于芯片图像进行单元、互连线等各种版图元素的识别，并得到芯片网表的过程。提取得到的芯片网表通常包含一系列模拟器件和基本数字单元，以及这些器件和单元端口的连接关系信息。网表通常是以文本文件的形式描述，也可以转换为图形化的平面电路图形式。
对于提取得到的网表（或平面电路图），还需要进行电路整理分析，在保证电路连接关系不变的前提下将其转化为层次化电路图，还原其原始的设计架构和功能模块，这样就可以了解参考芯片的设计思想、设计技巧和设计特点。电路整理后还需要进行电路或逻辑仿真，通过仿真可以验证网表提取的正确性，也可以修正由于工艺移植带来的器件参数值的偏差。
版图设计是参照图像背景，按照目标工艺的设计规则进行版图绘制的过程。它是芯片仿制中重要而独特的一个环节。版图绘制完成后，还需要同网表进行LVS验证，以发现网表提取或版图绘制中的错误，从而提高芯片仿制的成功率。版图设计结束后，还需要对版图进行后仿真，以验证和优化版图移植后的时序和功耗等性能。
以上工作都完成后，就进入到芯片制造环节。这个环节包括掩膜版制作、流片生产、芯片封装和芯片测试等。
三.正反向相结合的设计方法
正向设计和反向分析并不是相互对立的，在实际设计中，这两种方法经常结合使用，只不过使用时会有所偏重。
当设计思路明确、设计技巧积累充分时，会以正向设计为主，反向分析为辅。此时，反向分析起到纠正设计思路误差、弥补设计缺陷的作用。在产品规划阶段，反向分析对确定设计目标、选择设计工艺、合理估算成本等方面起到参考作用；在设计初期，反向分析可以验证设计思路的合理性和完善性；而在设计过程中遇到难点时，反向分析可帮助寻求解决问题的线索。
当技术不够成熟、整体设计思路不完善时，只能采取以反向分析为主的方式，此时正向设计可以优化产品性能和规避侵权风险。在电路设计方面，可以对反向提取得到的电路加以修改和优化（例如添加部分电路模块或替换部分电路模块），用以规避专利侵权和提升产品某些性能，进而形成自主知识产权的产品。在版图设计方面，可以在反向提取得到的电路的基础上，采用手工绘制或者自动布局布线的方法重新设计版图，从而形成与原芯片版图不同的新产品。采用这种方式可有效地屏蔽布图设计侵权问题，适合难以理解的协议类或算法类芯片的设计。
正反向相结合的设计方法，在国内集成电路设计能力普遍落后的情况下，具有重要的现实意义。首先，在设计技术上，国内设计水平远远落后于发达国家。因此，要完全依靠自己的力量，独立地开发出全新的并在国际市场上有竞争力的产品，是非常困难的。其次，国内高水平的集成电路设计人才奇缺，难以设计出一流的芯片产品。再次，国内集成电路设计企业在进行芯片设计时面临的普遍问题是资金不足，而集成电路行业是一个高投入、高风险、高收益的行业，没有足够的资金投入，很难保证设计的质量和成功率。最后，在开发风险上，由于缺乏技术积累和设计经验，国内集成电路设计企业在进行芯片产品的设计时，往往要承担很高的设计风险。
通过以上分析可以看出，由于国内集成电路设计行业自身的局限性和行业本身的特点，要独立自主、借鉴吸收、跳跃式地开发集成电路产品就必须走“学习、吸收、再创新”的路子。这就要求通过反向分析技术，学习和参考国外先进的设计经验和技巧，来快速、高效地赶上国外的集成电路设计水平；同时通过正向设计，创造有竞争力的产品，来赢得市场和利润。
依照国内外的相关法律，企业完全可以通过反向分析合法地获取设计经验和技巧。事实证明，通过正反向相结合的设计方法来发展国内的集成电路行业是可行的，也是必须的。国内很多集成电路设计公司都是通过这种方式起步并发展壮大的。 |
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