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FPGA/PLD  

專家觀點:為今日的超連接世界保障安全

上網時間: 2015年06月30日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:FPGA  連接  安全  處理器  Microsemi 

作者:Paul Pickle / 美高森美(Microsemi)總裁兼執行長

我們生活在超連接的世界中,它不斷地改變人們對全球範圍通訊、聚集、合作和即時分享資訊方式的定義。突破性的創新驅動了新的超連接典範,創造出許多具有無限增長潛力的新商機,但是艱鉅的技術和基礎設施挑戰也隨之而來,需要以創新的解決方案來克服。這些挑戰包括保護智慧財產權(IP)、確保安全性和打擊網路犯罪,乃至符合環保標準和提供更高的系統可靠性。

針對超連接世界開發產品的科技企業,通常要依靠特定應用標準產品(ASSP)、特定應用積體電路(ASIC)或現場可程式閘陣列(FPGA)元件,在一個或多個高整合度的元件中整合所需功能。然而,市場上難以找到包括全部所需功能的現貨ASSP解決方案,而ASIC則有成本高和設計週期長的缺點,尤其是在業界轉向更小尺寸時,問題更加嚴重。

另一方面,FPGA元件提供了在單一元件中整合特定設計的最快速方法,它們在過去二十年中已經有了長足的進步,更完善地整合了功能性、尺寸和內建功能(比如複雜I/O、記憶體、CPU和DSP)。傳統上FPGA的成本是高於ASSP或傳統的ASIC元件,但是在卓越支援和促進系統現場升級、設計靈活性和更快上市速度方面擁有巨大優勢。

現今的FPGA為系統架構師提供了出色的解決方案,而且在許多下一代設計中,FPGA元件承諾提供比ASIC元件更加優越的整體擁有成本(TCO)。來自主要FPGA供應商的現有解決方案具有出色的創新特性,包含先進的內建功能,比如運算功能模組、高速序列介面、嵌入式記憶體,及以往只有建基於ASIC元件的設計所獨有的各種CPU/DSP核心。

最新FPGA元件還具有獨特優勢,能夠為現今的超連接系統提供內建的特性和差異性功能,涵蓋通訊、工業、航空航太和國防應用。這些系統設計需要更高的安全性、較低的總體功耗、較高等級的可靠性和以最終使用者為目標的特定應用系統整合。這些因素中的每一項,對於下一代超連接系統設計都是非常重要的,而FPGA元件可在單一高整合度元件中提供所有這些功能:

安全性

在現今超連接越接來多的世界中,如何保護新的設計避免被複製、反向工程或篡改是一項重大挑戰。為協助實現這個目標,FPGA元件加入特別的功能來滿足一路直到元件級的安全性需求,其中最重要的一項是物理不可複製功能(PUF),在此一機制中,為了要使用建基於公開金鑰基礎設施(PKI)的機器至機器(M2M)認證,可以將公開/私密金鑰方案中的私密金鑰匯出。

其他主要的FPGA特性包括密碼加速器、亂數產生器、保護CPU/DSP核心的硬體防火牆和差異化功率分析(DPA)的對策。這些特性相互配合,可讓系統架構師設置出整個系統所需的安全性。

低功耗

在過去二十年中,許多先進的CPU和MCU都已構建了不同的節能模式,以對應因較高頻率和更高整合度所引起的功耗問題。只有最先進的FPGA元件具有合適的架構以提供類似這種先進低功耗的特性,同時支援更高頻率的元件。

而且,新近上市的Flash FPGA元件可以應對早先SRAM FPGA解決方案的功率洩漏問題,並且提供接入低功耗模式以實現額外的節能功能。現在,客戶首次可以在建基於非揮發性記憶體之FPGA元件上實現節能特性和低功耗模式。

高可靠性

許多商業航空、軍用系統和太空船也都需要依據嚴格的預算來滿足尺寸、重量和功率(SWaP)目標的限制,以及延長可工作產品壽命的目標。此外,軍用系統往往必須在漫長的儲存期間後還可以繼續運作,並且不能出任何差錯,另外,工業系統必須符合安全標準要求,而醫療系統同樣需要盡可能高的可靠性。

與過去建基於SRAM的FPGA元件相比,建基於快閃記憶體的最新FPGA元件具有更高的可靠性,可提供針對改變配置SRAM內容的單一事件翻轉(SEU)免疫能力。這些特性可消除設計破壞(design corruption)的可能性,避免了最常見的系統故障模式,同時也消除了建基於SRAM的 FPGA對減輕SEU的需求。

系統整合

在FPGA架構中整合一個嵌入式處理器核心,便毋須建立軟處理器核心,並且消除了這種方法對速度和尺寸的影響;這也適用於緊密耦合的週邊和子系統,比如記憶體控制器、類比模組、DSP和高速I/O。

透過非揮發性FPGA元件,設計人員就不需要使用單獨的記憶體來保持元件的配置。整合FPGA元件與其他元件,比如微處理器、記憶體和DDR記憶體介面,可以減少電路板上的元件數目,並且提升整體的系統可靠性。

美高森美的SmartFusion2系統級晶片(SoC) FPGA元件就是專為超連接系統應用而設計,且具有差異化的最新FPGA元件的一個例子,它能夠通過單一元件滿足完備的安全性、低功耗、可靠性和系統級整合需求。

SmartFusion2 SoC FPGA提供業界最完整的設計安全和資料安全特性,設計用於具有安全密匙儲存功能的強健核心根(root-of-trust)元件,並且包含多種其他重要特性以保護現今的超連接系統避免被複製、篡改或其他惡意攻擊。





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