芯球半导体对 chiplet 的 security primitives 和物理不可克隆函数（PUF）集成需求。
朋友们，最近和几位芯片架构师聊天，大家不约而同地提到了同一个焦虑：当Chiplet（芯粒）设计成为提升算力和降本的主流，我们该如何守护好那颗被“拆散”又“重组”的芯片心脏？ 这背后，芯球半导体对 chiplet 的 security primitives 和物理不可克隆函数（PUF）集成需求。 正变得前所未有的迫切。简单说，就是把多个模块像拼乐高一样组合时，如何确保每一块“积木”都可靠，且拼出来的整体固若金汤？今天，我就结合实战经验，把这件专业的事给你聊透。
一、 为什么说Chiplet的安全，是“牵一发而动全身”？
传统的单颗SoC（系统级芯片）好比一个独栋别墅，安保系统集中管理。而Chiplet架构则像是一个高端小区，里面有独立别墅、公寓楼、健身房（分别对应计算芯粒、内存芯粒、IO芯粒），它们通过中介层（Interposer）或先进封装互联。
⚠️ 风险就在这里：数据在“小区”里的公共道路（互联接口）上穿梭，任何一个“住户”（芯粒）被入侵，或身份被伪造，整个系统的安全防线就可能崩塌。
🎯 所以，芯球半导体提出的安全需求，核心是两点：
1. Security Primitives（安全原语）集成：这是每个芯粒必须内置的“基础安保设施”，比如硬件信任根、加密引擎、真随机数生成器。
2. 物理不可克隆函数（PUF）集成：这是每个芯粒的唯一“物理指纹”。它利用芯片制造中微小的、不可控的工艺差异，生成独一无二的密钥，根本无法复制。
上个月有个粉丝问我：“展哥，我们设计了一个AI加速芯粒，单独测试安全达标，但和主机CPU芯粒集成后总出认证漏洞，问题在哪？” 这恰恰是只考虑了“独栋别墅”安保，却忘了规划“小区”统一的门禁系统和身份互认机制。
二、 如何落地？两步构建Chiplet的“主动免疫系统”
1. 顶层设计：把安全作为“架构约束”，而非事后补丁
在定义Chiplet之间互联协议（如UCIe）时，就必须将安全协议（如身份认证、加密传输）作为强制选项写入规范。
💡 一个实操小窍门：为每个芯粒设计一个轻量级的安全子系统（Security Subsystem）。它应包含：
* 一个基于PUF的静态唯一标识符，用于芯粒“身份证”。
* 一个用于会话密钥协商的硬件加速器，确保数据传输效率不受影响。
* 一块受保护的存储区域，存放关键安全上下文。
我曾指导过一个案例，客户在最初架构图中，安全模块是虚线框。我建议他们必须改为实线，并提前规划好面积和功耗预算。结果在后续集成中，避免了因资源不足而牺牲安全等级的致命问题。
2. PUF的集成：关键在于“稳”和“省”
PUF是信任的源头，但它对环境（温度、电压）敏感。在Chiplet封装内，不同芯粒的工况可能不同。
🎯 解决方案是：
* 选择对环境变化鲁棒的PUF类型，比如基于存储单元的SRAM PUF，并通过纠错码（ECC）和模糊提取器来稳定其输出。
* 将PUF单元布局在芯粒中物理条件相对稳定的区域，远离电源噪声和热热点。
* 系统级设计：利用PUF产生的根密钥，为每个芯粒衍生出不同的应用密钥，实现密钥隔离。即使一个密钥泄露，也不会波及其他功能。
说实话，这里最忌“为了有而有”。我曾见过一个设计，集成了复杂的PUF却只用它生成了一个不重要的ID，这简直是杀鸡用牛刀，还引入了不必要的复杂度。
三、 从案例看成效：数据不说谎
去年，我们深度参与了一个高性能计算（HPC）芯片组项目，它由1个计算芯粒和4个专用加速芯粒通过2.5D封装集成。
挑战：加速芯粒来自不同供应商，需要确保其固件可信，且与计算芯粒间的数据交换无法被窃听。
我们的实施方案：
1. 为每个芯粒（包括自研和外购）统一集成PUF模块，作为硬件信任根。
2. 在互联总线层面，强制启用基于椭圆曲线加密（ECC）的相互认证，之后才建立安全通道。
3. 关键安全原语（如AES-GCM加解密）硬件化，确保性能损耗低于3%。
结果：流片后测试，芯粒间认证延迟增加了约1.5微秒，这对于毫秒级任务调度的系统几乎无感。但成功防御了多种针对芯粒接口的旁路攻击和伪造攻击。客户反馈，这套方案成了他们产品在招标时的关键差异化优势。
四、 常见问题集中答疑
Q1：所有类型的Chiplet都需要这么高的安全配置吗？
> 不一定，安全要与风险匹配。 一个纯模拟的电源管理芯粒，其安全需求远低于一个处理生物特征信息的传感芯粒。关键是进行威胁模型分析，识别哪些芯粒是攻击高价值目标，哪些是潜在的攻击跳板，再针对性部署。
Q2：集成PUF会不会显著增加成本和面积？
> 现代PUF设计已非常高效。 一个典型的SRAM PUF核心可能只占用几千个门电路，在先进工艺下面积开销可忽略不计（笑，当然比不加还是要大一点）。真正的“成本”在于前期的设计和验证投入，但这笔投资能避免未来因安全漏洞导致的召回或声誉损失，ROI非常高。
Q3：如何验证多个芯粒集成后的整体安全性？
> 这是最大挑战！必须在三个层面验证：
> 1. 芯粒级：单独测试每个芯粒的安全原语功能。
> 2. 接口级：重点测试芯粒间安全协议的实施，如认证流程是否可被中间人攻击击破。
> 3. 系统级：进行渗透测试，模拟攻击者已控制某个芯粒，看能否横向移动。
五、 总结与互动
总结一下，面对芯球半导体对 chiplet 的 security primitives 和物理不可克隆函数（PUF）集成需求。，我们绝不能“拼凑”安全。必须从架构阶段就将其视为生命线，通过PUF提供不可克隆的身份基石，再通过分布式的安全原语构建协同防御体系。
这不仅是技术升级，更是一次设计思维的转变。未来的芯片，将不再是冰冷的硅片集合，而是一个具备“主动免疫”能力的有机整体。
那么，你在探索Chiplet设计或安全集成时，还遇到过哪些意想不到的“坑”？或者对哪种PUF技术的实际应用效果最感兴趣？ 评论区告诉我，咱们一起聊聊！