如何防止FPGA設計被複製？

本文介紹了一種新的設計標記方法，可幫助用戶有效對付迅速盛行的IP剽竊和複製設計之風。過去，這類話題甚少受到業界關注，但最近，有關這方面的討論聲音越來越強烈。

據估計，盛行的仿冒電子產品已佔整體市場的10%──該數字獲得反水貨市場和反假冒聯盟(AGMA)證實──AGMA是由惠普、思科和其他大型OEM公司組成的產業聯盟。據AGMA統計，製造商因此造成的損失超過1,000億美元，而對最終用戶來說，信譽損毀和可靠性問題帶來的隱性成本更難以估算。

可編程邏輯的風行和ASIC衰退所帶來的負面影響，是越來越容易拷貝設計。一些亞洲或東歐公司公開聲稱專門從事'逆向工程'或拷貝PCB佈局及記憶體內容。對ASIC進行逆向工程是一件困難、昂貴且費時的工作，但拷貝最流行FPGA的配置位元串流卻相當簡單(圖1)。

圖1：剽竊一個FPGA設計並不複雜。

因此，許多公司也許會發現他們的知識產權(IP)第二天就出現在競爭對手的產品中。剽竊者不需要花費半點研發成本，因此能以比合法供應商低得多的價格出售產品，竊取更多市場佔有率。

問題是如何才能阻止這種偷竊行為並證明設計所有權。Algotronix公司的DesignTag產品或許可做到這一點。DesignTag程式碼可以隱藏在FPGA位元串流中，即使剽竊者知道FPGA位元串流中包含DesignTag程式碼，仍然很難找到並去除它們。

一旦這個程式碼被複製進被盜取的位元串流中，它就會像信標一樣不斷提示人們這個設計是拷貝的。這個概念類似於使用UV筆做的郵遞區號或郵遞區號的標記價值。它不能阻止盜竊行為，但能在日後使用時釐清所有權。

以成本觀點來看，在XC3S2000 FPGA中，DesignTag程式碼只佔0.57美分的矽晶片(使用100片以上的價格)，佔用晶片上1.3%的邏輯資源。與非法拷貝造成的潛在損失相較，這點開銷微乎其微。

另一個問題來自所謂的'過度製造(over-building)'。造成這個問題的背景因素是，過去10多年內許多公司撤銷生產部門，專注於設計產品，並將產品交給合約廠商(CEM)製造。這種方式將CEM置於中心和關鍵位置。當然，絕大多數CEM是負責任的，提供有價值的服務。但也有少數不道德的CEM會生產超出合約數量的產品並出售給水貨市場，從中獲取超額利潤。這時DesignTag就能用來識別設計來源和所有者。

DesignTag的另一項應用是提供串列序列號或版本識別。醫療、汽車、產業、軍事或航空領域的製造商，可能希望設備能附上最終用戶程式碼標記，或追蹤FPGA配置版本。在更新頻繁的應用場合，版本控制能力相當重要。而無需進行電氣連接就能在工作中的系統中檢測出DesignTag的特性，對採用球閘陣列封裝的裝置來說優勢更多，因為接觸這種封裝的頂部比電氣連接更加方便，而且不用求助於可能影響正常工作的軟體或硬體中斷就能實現監視功能。

另一個潛在好處是讓嵌入式系統與DesignTag互動，以便標記出故障或狀態情形。在這種應用中，DesignTag經過編程可輸出一個指示內部狀態的不同程式碼。

圖2：DesignTag提供了'剽竊證據'。