Им не нужна батарейка. Их не нужно ни к чему подключать. Вы просто проводите ими по датчику, и вот Вы уже на пути к оплате товаров, поездке в метро или автобусе. Может показаться, что карты NFC работают как по волшебству, но это всего лишь старая добрая электронная техника. Но масштабы происходящего действительно невероятны, как обнаружил один выдающийся ученый-компьютерщик.
Так случилось, что этим человеком оказался Кен Ширрифф, который, помимо докторской степени в области компьютерных наук и десятилетий опыта работы в компаниях Sun, Microsoft, Google, и других, он также любит изучать внутреннее устройство микросхем путем их обратной разработки. На сайте X и в своем блоге Ширрифф взял проездной билет для монреальской системы метро и изучил, как работает карта NFC (near-field communications).
Чтобы воспользоваться монреальским метро, Вы прикладываете бумажный билет к турникету, и он открывается. Но как это работает? И как билет может быть настолько дешевым, что его можно использовать одноразово? Я открыл крошечный NFC-чип внутри, чтобы узнать больше… 1/15 pic.twitter.com/OlQkkikp0m23 июня 2024 г.
Самая большая часть всей установки – это антенна: она принимает сигнал радиоволны 13,56 МГц от передатчика датчика, а также обеспечивает питание чипа. Крошечное количество энергии волны – это все, что требуется. Но учитывая, что процессор (или, скорее, цифровой контроллер) меньше крупинки соли, неудивительно, что требуется так мало энергии.
Процессор настолько мал, что Ширрифф столкнулся со всевозможными проблемами, пытаясь извлечь его из карты и протравить ее слои, чтобы увидеть логические схемы внутри. По его собственным словам, просто “ударив чип или даже дыхнув на него, можно отправить его в полет, возможно, никогда больше не увидев”.
Изображения процессорных матриц – это нечто удивительное, и мы все смотрели и удивлялись работам таких мастеров, как Фритчен Фритц. Однако эта штука находится на совершенно другом уровне. Не потому, что она состоит из миллиардов транзисторов (это не так), и не потому, что она сделана на передовом технологическом узле (это совсем не так) – дело в том, что Вы можете увидеть отдельные транзисторы, составляющие логические затворы, которые обрабатывают данные.
По оценкам Ширриффа, чип изготовлен на 180-нм технологическом узле, поскольку слои транзистора немного выходят за пределы его оптического микроскопа. И, говоря о микроскопичности, размеры чипа абсурдно малы: 570 x 485 микрон (миллионные доли метра), а толщина составляет от 70 до 120 микрон. Чтобы придать этому некий контекст, хотя и довольно глупый, Вы могли бы разместить более 2200 таких чипов внутри графического процессора AD102, используемого в Nvidia GeForce RTX 4090.
Вам может показаться несколько нелепым тот факт, что эти чипы производятся как одноразовые. В конце концов, когда карта изнашивается или больше не принимается, они никак не перерабатываются. Но, как отмечает Ширрифф, производители чипов NFC, такие как NXP Semiconductors, не продают их по отдельности – Вы покупаете целую кремниевую пластину, на которой они изготовлены, по цене до $12 000 в зависимости от размера.
Одна пластина даст Вам более 200 000 пригодных для использования чипов, поэтому производители карт NFC рассчитывают всего на шесть центов за чип, что составит лишь малую часть стоимости производства всей карты. Подобные чипы, с более высокими характеристиками безопасности, используются в бесконтактных банковских картах, “ключах” от гостиничных номеров и, конечно же, в смартфонах.
Этот конкретный чип состоит в основном из схем для обработки инструкций, передаваемых радиоволной, а также блока EEPROM (электронная стираемая программируемая память только для чтения). Именно в последнем хранятся данные, к которым обращается датчик NFC, и, в данном случае, информация о том, какие поездки разрешены владельцу карты.
Ширрифф подробно описывает, что делает каждая деталь в чипе, и это стоит того, чтобы потратить время на прочтение всей статьи в блоге.
За несколько десятилетий мы прошли путь от использования PIN-кодов с магнитными полосками, а затем так называемых смарт-чипов до микроскопических, одноразовых кремниевых чипов для оплаты товаров и проезда в общественных системах. То, что мы воспринимаем такие вещи как нечто само собой разумеющееся, – заслуга инженеров и ученых.
Я скучаю по своим школьным временам, когда я возился с 741 оп-ампером, чтобы заставить лампочки мигать в лаборатории электроники – мне действительно следовало бы поработать над этим!
