高安全性FPGA 中国差异化发展路径

　　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。

　　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。