來源：半導體產業縱橫
源自RISC-V的第一款开源安全芯片上市。
在2024年2月，OpenTitan聯盟發布了首款包含开源內置硬件安全功能的商用硅芯片。
這一裏程碑標志着开放硬件運動的發展又推進了一步。自2010年RISC-V开源指令集架構發布並廣泛應用以來，开放硬件的普及和應用一直在拓展和加深。
作爲計算機最基礎的高效運行方法，RISC-V爲硬件與开源軟件運動並行提供了一個引人矚目的起點。但是，OpenTitan超越了這一點，它开放了硅設計本身的關鍵要素。該聯盟表示，盡管已經开發出其他开源硅芯片，但這是第一款包括設計驗證階段並具有齊全功能的商業芯片。
“OpenTitan是开源硬件運動在可信度方面的一大進步，它能夠切實應用於工業強度的項目。”蘇黎世理工學院電氣工程教授、PULP項目負責人盧卡•貝尼尼（Luca Benini）說，OpenTitan自己的RISC-V內核就出自PULP這個學術开源項目。
該芯片名爲Earl Grey，使用了基於RISC-V的處理器內核，包括一些內置硬件安全和密碼模塊，這些模塊在一個獨立的微處理器中協同工作。該項目始於2019年，目前已發展成爲了一個包括10家公司的聯盟。該項目由谷歌發起，由英國劍橋的非營利組織lowRISC管理。OpenTitan模仿开源軟件項目，由來自全世界各地的參與者共同开發，既有該項目的官方附屬機構，又有獨立的程序員。OpenTitan新的硅芯片是五年項目工作的碩果。
“這個芯片非常令人興奮。”OpenTitan的創始人兼前負責人多米尼克•裏索（Dominic Rizzo），他現在是聯盟合作夥伴zeroRISC的創始人兼首席執行官。“但現在還有一件更重要的事，那就是开發這種全新的方法。它不是傳統的……指令和控制風格的架構，而是分布式的。”
這種方法名爲Silicon Commons，它是一個框架，提供文檔規則、預定義接口、質量標准和集體決策的治理結構。
lowRISC的首席執行官加文•費裏斯（Gavin Ferris）表示，這些協議是有用的，因爲开源硬件設計面臨的挑战是开源軟件沒有遇到的，其中包括成本高、專業社群小，以及在產品發布後，無法提供補丁修補漏洞等。
費裏斯說，該項目取得成功的另一個關鍵是選擇一個在五年研發過程中，所有合作夥伴都有激情持續解決的問題。硬件安全這個問題就非常適合，因爲它在商業方面十分重要，而且特別適合开源模型。密碼學中有一個概念叫做科克霍夫斯原理（Kerckhoffs），其核心思想是，在密碼系統中唯一真正應該保密的就是密鑰。开源整個協議符合密碼系統這一規則。
基於硬件信任根
OpenTitan使用的硬件安全協議被稱爲信任根（RoT）。其理念是提供一個遠程無法訪問的片上密鑰源。因爲它在其他地方是不可訪問的，因此系統可以信任它沒有被篡改，可作爲建立安全性的基礎。未參與這項工作的亞德諾半導體公司集成電路設計高級總監拉維•蘇布拉曼揚（Ravi Subrahmanyan）解釋道：“信任根意味着我們都相信的東西。”信任根是可以建立可信任的安全連接。
支持者認爲，傳統的專利芯片也可以包括开源信任根技術，提供額外的信任層。因爲任何人都可以對設計檢查和探測，所以理論上更容易發現設計缺陷，而且修復缺陷也可以得到驗證。“开放是一件好事。”蘇布拉曼揚說，“例如，假設一個專利實施有一些問題，我不一定知道，對吧？一切都要看（設計師）是否會告訴我，我是任由他們擺布的。”
开源硬件也有一定的缺點。“優質的开源（知識產權）有組織地成爲了全球供應鏈的一部分。”密歇根大學電氣工程與計算機科學教授托德•奧斯丁說，“因此，當OpenTitan（不可避免地）出現漏洞時，使用該信任根的每個系統都很容易受到攻擊。”但是，奧斯丁相信，有很多人在關注安全協議，以及各種不同的研究人員和公司的努力合作，這些優點超過了那些缺點，從長遠來看更是如此。
這種芯片內在安全性對組成物聯網的設備尤爲有意義，這些設備面臨着尚未解決的安全挑战。通過早期體驗計劃，ZeroRISC及其合作夥伴向物聯網市場开放了銷售，預計將在該領域廣泛應用。
开源在發展
裏索和費裏斯認爲，他們的芯片是开源硬件开發的一個模版，其他的合作者將復制這一模版。該芯片除了能提供透明的安全性外，還可以爲公司節約資金：各公司可以重復使用硬件組件，不必再針對同一課題獨立开發專利版本。此外，它還打开了一扇門，讓更多合作夥伴有機會參與這項工作，包括OpenTitan聯盟的合作夥伴蘇黎世理工大學等高校和學術機構。得益於學術界的參與，OpenTitan能夠結合針對未來量子計算機安全的加密協議。
“一旦這種方法得到證實，其他人就會採用。”裏索說，“你可看看开源軟件。一开始，人們認爲這是一種邊緣追求，而如今它幾乎在每一部手機上運行。它佔據主導，是因爲它具有某些有價值的特性。我認爲現在正在從硅片上的开源开始轉變。”
實際上，在學術界和更廣泛的行業中，已有多個开放硬件項目取得了進展，包括：基於RISC-V的超低功耗芯片的PULP項目（由貝尼尼設計）；加州大學伯克利分校的Chipyard和Linux基金會的CHIPS聯盟等類似的架構和設計庫；中國深圳的RISC-V研究機構RIOS實驗室；以及非營利組織OpenHW集團，其成員在开源硬件和相關軟件以及IP方面進行合作。
貝尼尼的愿景是實現整個芯片开發過程的开源，從高級設計到電子設計自動化（EDA）工具，到代工廠的工藝設計套件（PDK）和相關數據。目前EDA工具和PDK是閉源的，對其开源能夠开放整個芯片开發生命周期。“下一代开源硬件，從軟件到原子都將真正實現开源。這是我們所期望的愿景。與OpenTitan所展示的內容相比，這只是向前邁進了幾步，但我認爲這是可以實現的。”
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標題：开源硬件獲得成功
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