为芯片设计扫清存储带宽与数据安全的瓶颈

IDC的统计数据显示，全球数据总规模预计将从2017年的23泽字节(ZB)增长到2025年的175泽字节(ZB)，其中，大约30%的数据需要进行实时处理。这虽然极大推动了以GDDR6/HBM为代表的高速内存控制器、各种支持小芯片互联技术(例如用于并行/串行传输的HBI/SerDes)的不断涌现，但也让芯片安全漏洞问题频发。在日前举行的“Rambus设计峰会上”，该公司为我们展示了如何在芯片安全保护和数据高速传输领域实现“鱼和熊掌兼得”。

高速接口IP发展步入快车道

Rambus大中华区总经理苏雷认为，高速接口IP快速取代中/低速接口IP成为应用主流，正成为业界的普遍共识。一方面，这得益于工艺进步、市场竞争、以及高速接口出色的向下兼容性；另一方面，数据中心和人工智能也在大力推动接口IP市场的发展，对数据带宽、存储和计算架构都提出了新要求。

而在Rambus资深应用工程师曹汪洋看来，除了借助工艺以外，提升接口IP带宽和速率的关键，来自于对信号完整性和电源完整性的深刻理解，以及从建模到设计的完整方法学知识和理论的积累。

以Rambus HBM2E内存接口解决方案为例，它由完全集成且经过验证的PHY和内存控制器IP组成，搭配SK Hynix 3.6Gbps运行速度的HBM2E DRAM，在物理层面实现了完整的集成互联，可以从单个HBM2E设备提供460GB/s的带宽。这意味着，除了提供完整的内存子系统、硬核PHY和时序收敛外，用户额外需要的系统级支持、工具套件和技术服务也都包含在内，集成难度和设计时间得以大幅度下降。

GDDR6和HBM2提供不同的系统设计权衡

第5代PCIe也是很好的例证。作为目前最快的PCIe接口标准，其单个链路的带宽就达到了32Gbps，由于PCIe是全双工的，所以理论带宽能够达到128Gbps，非常适用于构建新型的云端、人工智能和机器学习应用。Rambus不仅可以提供单独的PCIe控制器/PHY，还可以提供PCIe加控制器的完整解决方案，并辅之以完整的软件仿真和硬件验证，从而大大简化了用户设计的复杂度，避免出现不同厂商IP之间的兼容性问题。

更快，更安全的数据传输

Data，Faster，Safer，这是Rambus安全方案追求的目标。Rambus资深现场工程师张岩解释说，现在的网络中，无论是物理层、数据链路层、网络层，还是上层的对话层和应用层，每一层协议中都包含加密方案，MACsec、IPsec、TLS(SSL)……类型丰富。但如果采用软件去实现安全协议，可能就无法实现高速率，因此Rambus在强调端到端安全的同时，采用了基于硬件的安全IP去加速各种安全协议：一类是secure data at motion，对于流动数据进行保护；另一类是secure data at rest，对于静态数据进行保护，两者相互配合，以实现对整个高速数据传输进行有效的网络安全保护。

Rambus安全方案中另一个值得关注的现象是在CryptoManager Root of Trust安全方案中使用了RISC-V架构，张岩回应称，这主要基于以下两方面的考虑：

一是对于Rambus安全IP而言，除了支持RISC-V架构外，对于包括Arm、MIPS、x86和FPGA在内的其它通用或专用计算架构同样能够给予支持，为其提供安全保障。

二是秉承安全领域的“clean sheet design”原则，即从一张白纸开始去进行安全和构架设计。也就是说，对过去的设计继承的越少，越有可能更少地遇到历史遗留的安全问题。

“回顾2018年，当时有两个非常有名的事件，一个是熔断(Meltdown)，一个是蠕虫(Spectre)，它们第一次让业界意识到过去20年微处理器设计的最大弊端，在于过多注意了产品性能而忽视了对安全的优化。”张岩说很多采用TEE技术的方案，尽管看起来是存在安全区域的，但通过侧信道攻击的方式就会让安全无从谈起。反之，如果在SoC中实现单独的可信根(Root of Trust)，相当于实现了岛式安全的独立引擎，就不会出现类似Meltdown和Spectre这样的安全隐患。

在谈及物联网安全现状时，张岩的观点是，虽然不同的物联网生态之间存在着不同的操作系统和不同的云服务API，但共性需求是相通的，那就是对密钥算法、密钥策略以及传输协议的要求。

例如物联网中现在越来越多地使用TLS或者DTLS的方式进行加密数据的传输，然后对传输的内容使用安全算法来进行加解密。但无论是采用AES、ECC、RSA这样的国际通用算法，还是sm2、3、4这样的国密算法，相关IP不但都应该加以支持，而且还要易于在不同操作系统间进行移植DDK(Driver Developer Kit)，从而帮助相关企业将相关安全方案构建到物联网端侧设备中。

助力中国“新基建”

尽管受到疫情影响，但Rambus 2020年在中国市场依然取得了不错的成绩，具备里程碑意义的重要事件包括燧原科技为自己下一代人工智能训练芯片选择了Rambus HBM2 PHY和内存控制器IP，可实现2Tb/s的性能；而在4月和5月，长鑫存储、兆易创新两家公司还分别和Rambus签署了DRAM(动态随机存取存储)与RRAM(电阻式随机存取存储器，也可写作ReRAM)技术专利授权。

在谈及2021年生态系统建设目标时，苏雷说尽管没有办法提前透露更多细节，但他承诺会和中国主要的云厂商、AI厂商、OEM，以及中国台湾的ODM厂商展开一系列的密切合作，尤其是在通过对IP控制器公司Northwest Logic和Verimatrix安全IP业务部门的收购后，Rambus实现了在内存IP层面提供一站式采购和“turn key”服务的目标，打造内存产业生态系统更高层次合作的信心更加充足。

“Rambus有不同层次的产品，从满足高端需求的HBM2E，到成本/功耗相对较低的解决方案，还能够提供有关信号完整性和电源完整性的技术支持，我相信只要能继续提供优质的产品和服务，一定能更大程度上迎合和满足中国客户需求，这也是Rambus一以贯之的目标。”苏雷说，包括5G、数据中心、物联网、大数据在内的技术创新，无论是在疫情期间还是在后疫情时代，对于推动整个经济发展会起到越来越重要的作用，对Rambus所擅长的内存IP解决方案，也会产生巨大需求。而中国作为最早从疫情中复苏的国家，更是通过“新基建”这样的国家战略去推动科技创新，Rambus也乐于参与其中，贡献力量，助力中国的“新基建”发展。