中國FPGA差異化發(fā)展路徑 把握高安全性市場

目前FPGA應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，從工業(yè)控制、廣播電視、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)安全到汽車電子，應(yīng)用領(lǐng)域正向各行各業(yè)滲透。隨著近期針對工業(yè)、國防、航空、通信和醫(yī)療系統(tǒng)的攻擊事件不斷增加，電子系統(tǒng)內(nèi)的安全性和防篡改防護(hù)正受到越來越多的重視，因此高安全性FPGA解決方案的市場需求在不斷提升，已經(jīng)逐漸成長為一個相對特殊但增長快速的市場。對于尚不夠強(qiáng)大的中國FPGA企業(yè)來說，如能把握住這個市場，不失為一條差異化的發(fā)展路徑。

數(shù)據(jù)失密催生高安全FPGA需求

由于FPGA器件具有可靈活性編程的特性，因此一些注重數(shù)據(jù)安全的領(lǐng)域更加青睞使用FPGA器件。

自從1985年首款FPGA器件誕生以來，F(xiàn)PGA產(chǎn)業(yè)一直不斷發(fā)展完善，從技術(shù)上來說，它從電子設(shè)計(jì)的一種可編程邏輯器件，不斷集成CPU、DSP模塊和各種高性能接口等，逐漸演變?yōu)閿?shù)字系統(tǒng)的核心;從應(yīng)用領(lǐng)域上來說，從最初的通信業(yè)不斷向消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)控制等滲透，應(yīng)用范圍不斷拓展。特別是“由于FPGA器件具有可靈活性編程的特性，因此一些注重?cái)?shù)據(jù)安全的領(lǐng)域更加青睞使用FPGA器件。”京微雅格CEO劉明博士告訴記者。因此，設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的高安全性領(lǐng)域，對FPGA來說，也是一個有著廣闊發(fā)展前景的市場。

而MicrosemiSoC產(chǎn)品部門副總裁兼總經(jīng)理Esam Elashmawi則表示：“FPGA設(shè)計(jì)的安全性對電子器件廠商來說是一件非常重要的事情。因?yàn)槟壳搬槍I(yè)、國防、航空、通訊和醫(yī)療系統(tǒng)的攻擊事件不斷增加，航天、軍工、工業(yè)控制和醫(yī)療等部門，均十分關(guān)注信息的安全性，因此電子器件產(chǎn)品的安全性也就越來越多地受到企業(yè)的重視，它們需要更能保障設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)安全的FPGA器件。”因?yàn)榘哑骷a(chǎn)、現(xiàn)場更新和固件遠(yuǎn)程重構(gòu)的工作外包，經(jīng)常會導(dǎo)致FPGA被復(fù)制、克隆或盜版。這對某些企業(yè)來說是個嚴(yán)重的問題，因?yàn)橛行┧惴▽ζ髽I(yè)保持競爭優(yōu)勢是必不可少的，而外包可能使這些算法被別人利用。在某些與國家和軍事安全有關(guān)的領(lǐng)域，安全保密性就顯得更加重要了。

受此影響，高安全性FPGA器件已經(jīng)形成一個特殊的市場，并且每年都呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前在高可靠領(lǐng)域應(yīng)用的FPGA器件大約可占整個FPGA市場份額的10%～15%。

積極應(yīng)對安全失密

針對克隆、盜版等行為，許多FPGA廠商也專門開發(fā)出一些具有高安全性的FPGA解決方案。

“安全失密的情況有很多。”Esam Elashmawi向記者指出。據(jù)介紹，F(xiàn)PGA產(chǎn)品的安全性包括設(shè)計(jì)安全性和數(shù)據(jù)安全性兩類。其中“克隆”復(fù)制系統(tǒng)元件的行為，甚至不必知道內(nèi)部的邏輯，通過攔截FPGA的位流和復(fù)制配置，就可以輕松地克隆一個FPGA的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)。而“逆向工程”可在理解FPGA的邏輯功能后，根據(jù)所了解的知識進(jìn)行修改，以滿足盜版者的需要。“過度建造”是另一個被廣泛使用的盜版手段，即合約制造商在完成訂單后，又為自己多造一些產(chǎn)品，然后向市場出售多余的產(chǎn)品，而專利持有者卻無法從中取得收益。“偽造”是指在相似或克隆的產(chǎn)品上非法使用所有者的品牌。以上幾種行為屬于設(shè)計(jì)安全范疇，同時數(shù)據(jù)安全性需要關(guān)注。在設(shè)計(jì)安全無法保證的情況下，器件所管理的數(shù)據(jù)安全性自然也無法得到保障。

針對上述克隆、盜版等行為，許多FPGA廠商也專門開發(fā)出一些具有高安全性的FPGA解決方案。Microsemi于日前發(fā)布了SmartFusion2系列的產(chǎn)品，其中包含了突破性的安全能力。該產(chǎn)品采用SoC FPGA業(yè)界唯一具備物理上不可克隆功能的密匙登記和重建能力，可用于先進(jìn)的密鑰保護(hù)，同時SmartFusion2也是唯一使用Cryptographic Research Incorporated(CRI)產(chǎn)品組合技術(shù)來防御差分功率分析(DPA)攻擊的SoC FPGA器件。用戶還可以利用多個內(nèi)置的加密處理加速器，包括先進(jìn)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)AES-256、安全散列算法(SHA)SHA-256、384位橢圓曲線密碼(ECC)引擎，以及不確定性隨機(jī)位發(fā)生器(NRBG)。借助這些特性組合，以及基于快閃的架構(gòu)，SmartFusion2有望成為市場上最安全的FPGA器件。

而京微雅格市場總監(jiān)竇祥峰在介紹新近推出的金山系列產(chǎn)品中，也特別強(qiáng)調(diào)了其所具有的高安全性能，部分產(chǎn)品甚至面向軍用市場。“產(chǎn)品提供3K/6K等效邏輯單元，片內(nèi)集成配置Flash和eFuse，結(jié)合128bit AES配置信息加密功能，提供了雙重保護(hù)措施，這樣就具備了極高的安全性，不易被盜版和仿制，能有效保護(hù)用戶開發(fā)的新產(chǎn)品。這樣比起外掛加密芯片，一方面可以降低成本，另一方面還不占用FPGA資源，提高處理效率。”另外，竇祥峰還指出目前CME-M5系列每個器件都有多種封裝，同一封裝的所有器件均管腳兼容，為用戶提供安全性的系統(tǒng)集成解決方案。

中國FPGA差異化發(fā)展路徑

高安全性市場需求為中國FPGA提供了一個相對有利的發(fā)展空間。

在FPGA領(lǐng)域，賽靈思和Altera一直以來是市場和技術(shù)的領(lǐng)頭羊，根據(jù)最新Form-10K數(shù)據(jù)顯示，其分別占有48%和41%的市場份額，剩余市場份額則被Lattice等公司所占據(jù)。雖然中國歷來也十分重視FPGA器件的開發(fā)，多年來投入了大量科研經(jīng)費(fèi)，也出現(xiàn)了像京微雅格這樣的本土FPGA公司，但不得不承認(rèn)，國產(chǎn)FPGA與國際巨頭還存在一定差距，不論從產(chǎn)品性能、功能、功耗、軟件、應(yīng)用支撐上都有巨大差距，甚至在成本上中國企業(yè)的優(yōu)勢也不大。如何在FPGA上取得突破是近年來中國微電子行業(yè)關(guān)注的重要事件之一。

目前FPGA產(chǎn)品已進(jìn)入“應(yīng)用為王”的時代，構(gòu)建不同應(yīng)用領(lǐng)域的平臺FPGA產(chǎn)品是未來的發(fā)展方向。而通過對全球FPGA市場及主流企業(yè)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)不同公司各有其優(yōu)勢，比如賽靈思的All Programmable平臺、Vivado開發(fā)工具，使“平臺化”成為其優(yōu)勢;Altera率先在業(yè)界實(shí)現(xiàn)了虛擬原型開發(fā)技術(shù);LATTICE通過低成本低功耗在消費(fèi)電子市場大有斬獲。

由此可見，中國要在FPGA領(lǐng)域取得進(jìn)步，需用新產(chǎn)品、新技術(shù)帶給客戶更多的價值。因此，中國FPGA企業(yè)在技術(shù)實(shí)力與全面市場開拓能力尚弱之際，以點(diǎn)帶面、找準(zhǔn)定位，從特殊應(yīng)用領(lǐng)域入手，尋求合適發(fā)展的市場作為切入點(diǎn)，形成中國FPGA的核心競爭力，也不失為一個發(fā)展民族FPGA產(chǎn)業(yè)的有效途徑。而高安全性市場需求正為中國FPGA提供了這樣一個相對有利的發(fā)展空間。