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Susan Hong, EE Times Taiwan

在萬物互聯的時代，晶片設計面臨前所未有的挑戰。特別是隨著近來人工智慧(AI)與高效能運算(HPC)應用崛起，不僅需要具備強大的運算能力，還必須有確保高度安全的儲存能力。而肩負儲存重要關鍵資訊，如密鑰、校正碼、修復資料等數據的非揮發性記憶體 (Non-Volatile Memory, NVM)，也同樣面臨著因應高階晶片需求和先進製程變化所帶來的設計革新挑戰—高效、低功耗、以及安全要求。

力旺電子(eMemory Inc.)憑藉多年專注於NVM技術的深厚基礎，將一次可編程(One Time Programmable, OTP) NVM-- NeoFuse的設計持續創新，布局至各式製程技術平台，並基於NeoFuse技術開發出「物理不可複製功能」(Physical Unclonable Function, PUF)，爾後創立子公司熵碼科技(PUFsecurity Corp.)延伸開發硬體安全解決方案，打造從NVM到PUF、再到有完整軟硬體安全功能與架構的一站式解決方案，滿足客戶在先進應用的儲存與安全需求。憑藉這些技術創新，力旺與熵碼在今年的亞洲金選奬(EE Awards Asia 2024)中分別榮獲「年度最佳IP/處理器」與「最佳安全技術平台」殊榮。

 

AI/HPC對NVM的需求增長與規格挑戰，NeoFuse如何突破?

因應AI與HPC應用快速普及，先進製程節點持續邁向5nm及其以下節點，同時也對於效能、功耗以及NVM技術的可靠性與成本提出了更高要求。為因應先進製程的挑戰，力旺的NeoFuse OTP技術，以突破性設計——可在不增加成本、複雜度的情況下，在先進製程節點持續成功驗證，為高效能應用提供最佳解決方案。作為總是一次就通過先進製程（從 16nm 到 3nm）驗證、並計畫於2025年完成3nm布局的 OTP，NeoFuse是人工智慧、HPC、資料中心和汽車領域等高要求應用最理想的選擇。

先進製程推進至5nm，最大的挑戰來自於元件額定供給電壓從 1.8V 降至 1.2V。為了克服高嵌入式非揮發性記憶體編程電壓之挑戰，NeoFuse採用創新的電路架構與內部電路耐壓設計，可將內部電壓提升3-4倍，即使高電壓運作下也能保持元件可靠度，並具備高溫耐受性，在 5nm 以下製程支援高達150°C的運作環境。此外，因應先進製程而生的新型NeoFuse也將錯誤校正碼(ECC)作為預設配備，客戶可用預留的位元(parity bit)進行修補校正。
NeoFuse以反熔絲(Anti-Fuse) OTP技術為基礎，相較於電子熔絲(eFuse)，NeoFuse的機制使其編程單元和未編程單元之間的物理差異變得不可見，使其成為比eFuse更安全的選擇; 隨著在AI等先進應用下對OTP容量有更大的需求下，NeoFuse所佔面積也相對節省。而其專利的3T結構較傳統OTP的 2T結構增加了一個調節電晶體，可提高良率、可靠性和編程成功率，更簡化周圍電路的設計從而減少測試時間和成本。

NeoFuse在今年也與各式新興應用取得合作，例如九月，NeoFuse與西門子(Siemens)聯手推出SRAM記憶體修復工具，結合西門子的Tessent™ MemoryBIST工具與NeoFuse OTP技術，顯著提升了記憶體的測試與修復效率，幫助所有需要大量運算的晶片解決SRAM需求驟增、良率下滑的挑戰。

NeoFuse的這些優勢使其贏得了2024年EE Awards Asia的「年度最佳IP/處理器」大奬殊榮。

 

NeoFuse到PUF：建構硬體安全堅實基礎

力旺透過NeoFuse技術進一步發明了性能近乎理想PUF的NeoPUF。力旺以其NeoFuse和NeoPUF技術和產業資源為基礎，於2019年成立了熵碼科技，專注於將安全儲存和密鑰技術發展成為不同層級的硬體安全解決方案，包括硬體信任根(PUFrt)和加密協處理器(PUFcc)。

PUF在PUFrt中扮演可生成每顆晶片獨特密碼的角色，可運用於生成根密鑰或獨特身分碼(UID)，並安全儲存在NeoFuse OTP中。而PUFrt內的真隨機數生成器(True Random Number Generator, TRNG) 則能無痕地融入PUF值創造更高品質隨機數，以滿足更多元且高規格的安全需求。最後，PUFrt的整體設計環環相扣，形成一個完整的抗攻擊保護殼，是打造始於每一個物聯網端點晶片之信任安全鏈的堅實基礎。PUFcc則在PUFrt之上整合全套經美國國家標準暨技術研究院(NIST)認證的加密演算法，可以支持更多安全啟動、安全更新、安全調試(Debug)等高階安全功能。

熵碼在今年與Arm合作，以PUFcc與 Corstone-300整合的強大安全架構通過SESIP和PSA Certified Level 3 RoT Component認證，證明了熵碼的安全解決方案，不僅滿足安全規範要求，更能配合各式安全架構設計，大幅簡化晶片設計與驗證流程。

 

展望未來：全面佈局高效能應用

力旺總經理何明洲談論到，由於非揮發性記憶體和晶片安全解決方案的研發重點不同，透過結合力旺與熵碼兩家公司各自專精的硬體和軟體 IP技術協作，可為客戶更全面地提供從資料儲存到晶片安全的一站式解決方案。這種協同效應在技術上相輔相成，不僅有助於幫助客戶簡化晶片設計流程、縮短開發週期，更可以獲得完整的軟硬體技術服務支持，大幅降低了風險成本。

展望未來，力旺已擘劃了接下來3-5年的開發藍圖，除了積極擴展其NeoFuse技術在製程節點的佈局，也有多項新NVM技術在開發中。
熵碼方面，則是即將為汽車安全設計推出PUFhsm解決方案，滿足更高層次且多樣化的安全應用場景，並透過與產業巨擘合作，加速市場滲透。何總經理也表示，相當看好Caliptra 帶動的相關方案需求與商機，預計透過其PUFrt支援資料中心所需要的安全性。Caliptra是開放運算計劃(Open Compute Project, OCP)最新發佈的資料中心伺服器安全標準，旨在滿足邊緣和機密運算應用的更高安全要求，並逐步擴展到所有晶片類型。

隨著AI、HPC及IoT應用的持續成長，力旺與熵碼不僅推動了NVM與PUF技術的進化，更持續站在客戶角度助其達成目標與提升產品價值。預計這些核心技術將持續引領並推動產業創新，為數位時代提供更強大的基礎技術支援。兩家公司在EE Awards Asia 2024中的榮譽，正是展現其技術影響力的最佳寫照。