中国FPGA差异化发展路径 把握高安全性市场

2012-10-17 21:44:37来源: 21ic
   

目前FPGA应用领域不断扩展,从工业控制、广播电视、视频监控、网络安全到汽车电子,应用领域正向各行各业渗透。随着近期针对工业、国防、航空、通信和医疗系统的攻击事件不断增加,电子系统内的安全性和防篡改防护正受到越来越多的重视,因此高安全性FPGA解决方案的市场需求在不断提升,已经逐渐成长为一个相对特殊但增长快速的市场。对于尚不够强大的中国FPGA企业来说,如能把握住这个市场,不失为一条差异化的发展路径。

Microsemi-SmartFusion2_Aviation
 

目前在高可靠领域应用的FPGA器件大约可占整个FPGA市场份额的10%~15%。

数据失密催生高安全FPGA需求

由于FPGA器件具有可灵活性编程的特性,因此一些注重数据安全的领域更加青睐使用FPGA器件。

自从1985年首款FPGA器件诞生以来,FPGA产业一直不断发展完善,从技术上来说,它从电子设计的一种可编程逻辑器件,不断集成CPU、DSP模块和各种高性能接口等,逐渐演变为数字系统的核心;从应用领域上来说,从最初的通信业不断向消费电子、汽车、工业控制等渗透,应用范围不断拓展。特别是“由于FPGA器件具有可灵活性编程的特性,因此一些注重数据安全的领域更加青睐使用FPGA器件。”京微雅格CEO刘明博士告诉记者。因此,设计和数据的高安全性领域,对FPGA来说,也是一个有着广阔发展前景的市场。

而MicrosemiSoC产品部门副总裁兼总经理Esam Elashmawi则表示:“FPGA设计的安全性对电子器件厂商来说是一件非常重要的事情。因为目前针对工业、国防、航空、通讯和医疗系统的攻击事件不断增加,航天、军工、工业控制和医疗等部门,均十分关注信息的安全性,因此电子器件产品的安全性也就越来越多地受到企业的重视,它们需要更能保障设计、数据安全的FPGA器件。”因为把器件生产、现场更新和固件远程重构的工作外包,经常会导致FPGA被复制、克隆或盗版。这对某些企业来说是个严重的问题,因为有些算法对企业保持竞争优势是必不可少的,而外包可能使这些算法被别人利用。在某些与国家和军事安全有关的领域,安全保密性就显得更加重要了。

受此影响,高安全性FPGA器件已经形成一个特殊的市场,并且每年都呈现出快速增长的趋势。据统计,目前在高可靠领域应用的FPGA器件大约可占整个FPGA市场份额的10%~15%。

积极应对安全失密

针对克隆、盗版等行为,许多FPGA厂商也专门开发出一些具有高安全性的FPGA解决方案。

“安全失密的情况有很多。”Esam Elashmawi向记者指出。据介绍,FPGA产品的安全性包括设计安全性和数据安全性两类。其中“克隆”复制系统元件的行为,甚至不必知道内部的逻辑,通过拦截FPGA的位流和复制配置,就可以轻松地克隆一个FPGA的设计和数据。而“逆向工程”可在理解FPGA的逻辑功能后,根据所了解的知识进行修改,以满足盗版者的需要。“过度建造”是另一个被广泛使用的盗版手段,即合约制造商在完成订单后,又为自己多造一些产品,然后向市场出售多余的产品,而专利持有者却无法从中取得收益。“伪造”是指在相似或克隆的产品上非法使用所有者的品牌。以上几种行为属于设计安全范畴,同时数据安全性需要关注。在设计安全无法保证的情况下,器件所管理的数据安全性自然也无法得到保障。

针对上述克隆、盗版等行为,许多FPGA厂商也专门开发出一些具有高安全性的FPGA解决方案。Microsemi于日前发布了SmartFusion2系列的产品,其中包含了突破性的安全能力。该产品采用SoC FPGA业界唯一具备物理上不可克隆功能的密匙登记和重建能力,可用于先进的密钥保护,同时SmartFusion2也是唯一使用Cryptographic Research Incorporated(CRI)产品组合技术来防御差分功率分析(DPA)攻击的SoC FPGA器件。用户还可以利用多个内置的加密处理加速器,包括先进加密标准(AES)AES-256、安全散列算法(SHA)SHA-256、384位椭圆曲线密码(ECC)引擎,以及不确定性随机位发生器(NRBG)。借助这些特性组合,以及基于快闪的架构,SmartFusion2有望成为市场上最安全的FPGA器件。

而京微雅格市场总监窦祥峰在介绍新近推出的金山系列产品中,也特别强调了其所具有的高安全性能,部分产品甚至面向军用市场。“产品提供3K/6K等效逻辑单元,片内集成配置Flash和eFuse,结合128bit AES配置信息加密功能,提供了双重保护措施,这样就具备了极高的安全性,不易被盗版和仿制,能有效保护用户开发的新产品。这样比起外挂加密芯片,一方面可以降低成本,另一方面还不占用FPGA资源,提高处理效率。”另外,窦祥峰还指出目前CME-M5系列每个器件都有多种封装,同一封装的所有器件均管脚兼容,为用户提供安全性的系统集成解决方案。

中国FPGA差异化发展路径

高安全性市场需求为中国FPGA提供了一个相对有利的发展空间。

在FPGA领域,赛灵思和Altera一直以来是市场和技术的领头羊,根据最新Form-10K数据显示,其分别占有48%和41%的市场份额,剩余市场份额则被Lattice等公司所占据。虽然中国历来也十分重视FPGA器件的开发,多年来投入了大量科研经费,也出现了像京微雅格这样的本土FPGA公司,但不得不承认,国产FPGA与国际巨头还存在一定差距,不论从产品性能、功能、功耗、软件、应用支撑上都有巨大差距,甚至在成本上中国企业的优势也不大。如何在FPGA上取得突破是近年来中国微电子行业关注的重要事件之一。

目前FPGA产品已进入“应用为王”的时代,构建不同应用领域的平台FPGA产品是未来的发展方向。而通过对全球FPGA市场及主流企业进行分析,可以发现不同公司各有其优势,比如赛灵思的All Programmable平台、Vivado开发工具,使“平台化”成为其优势;Altera率先在业界实现了虚拟原型开发技术;LATTICE通过低成本低功耗在消费电子市场大有斩获。

由此可见,中国要在FPGA领域取得进步,需用新产品、新技术带给客户更多的价值。因此,中国FPGA企业在技术实力与全面市场开拓能力尚弱之际,以点带面、找准定位,从特殊应用领域入手,寻求合适发展的市场作为切入点,形成中国FPGA的核心竞争力,也不失为一个发展民族FPGA产业的有效途径。而高安全性市场需求正为中国FPGA提供了这样一个相对有利的发展空间。

关键字:中国FPGA  差异化发展

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/1017/article_3201.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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