Vertrauenswürdige Elektronik

Leitmotiv des Anwendungsfelds

Im alltäglichen Leben wird die Gesellschaft immer mehr elektronischen Bauteilen vertrauen müssen. Dabei steht neben der Ausfallsicherheit und dem Wunsch nach der effektiven Verhinderung gefährlicher Ausfälle zunehmend ein Bedarf an Informationssicherheit. Dies betrifft die Vertraulichkeit sensibler Daten ebenso wie den Schutz vor IP-Diebstahl, vor böswilligen Manipulationen oder minderwertigen Plagiaten. Vertrauenswürdige Elektronik bedeutet aber auch die Verfügbarkeit von Lieferketten bzw. die Unabhängigkeit von nur wenigen Zulieferern. Das Fraunhofer IMS gestaltet daher im Themenfeld »vertrauenswürdige Elektronik – VE« eine europäische Technologiesouveränität im Bereich der Elektronik mit. Ziel ist es, hinsichtlich höchsten Safety und Security Anforderungen gefertigte Komponenten für die Industrie bereitzustellen. Diese sollen Partner und Kunden wirksam vor Produktpiraterie und Manipulationsversuchen schützen, sowie vertrauenswürdige Lieferketten und sichere Datenübertragung gewährleisten.

Während in der Vergangenheit die Informationssicherheit (Security) im Zweifelsfall oft der Ausfallsicherheit (Safety) untergeordnet wurde, arbeitet das Fraunhofer IMS an Methoden und Technologien, diese Aspekte im Entwurf und Einsatz elektronischer Komponenten ohne Kompromisse zu vereinen. Dabei kommt offenen Hardwarestandards wie der freien RISC-V Befehlssatzarchitektur eine besondere Bedeutung zu, erlaubt diese doch eine weitgehende Unabhängigkeit von einzelnen Firmen bei der Entwicklung und Herstellung anwendungsspezifischer eingebetteter Prozessoren. Das Fraunhofer IMS kombiniert die Erfahrung in der Entwicklung von Sensoren und Signalverarbeitung mit der Kompetenz zu ausfallsicherer Elektronik und Security-Fragen, um seinen Kunden optimierte Elektronikkomponenten anzubieten.

© Fraunhofer IMS
Foto eines Mixed-Signal CMOS IC

© Fraunhofer IMS
Safety und Security Schutzziele

Unser Angebot: Safety und Security ohne Kompromisse

Die Themen funktionale Sicherheit und Cybersicherheit spielen bei der Spezifikation und dem Entwurf moderner integrierter Schaltungen eine immer größere Rolle. Diese Schaltungen beinhalten neben einem spezialisierten Analogteil und kundenspezifischer Schnittstellen häufig auch eingebettete Prozessorkerne.

Insbesondere bei der Auswahl der zu integrierenden Prozessoren stellt sich die Frage nach einer geeigneten Architektur, welche die Anforderungen an die Funktionale Sicherheit gewährleistet und robust gegenüber Cyberattacken ist.

Das Fraunhofer IMS bietet abgesicherte Prozessorkerne auf Basis der offenen RISC-V Architektur an. Diese Befehlssatz-Architektur erlaubt die Entwicklung von kundenspezifischen Spezialprozessoren für Safety & Security und ermöglicht eine hochgradige Optimierung der Kerne auf eine Anwendung. Im Gegensatz zu vollständig proprietären Lösungen werden diese Spezialprozessoren durch den einheitlichen Befehlssatz jedoch weiterhin von einer großen Anzahl von Entwicklungsumgebungen und Softwarepaketen unterstützt (z. B. Eclipse IDE oder GNU toolchain). Zudem entfallen die mitunter hohen Lizenzkosten für die Verwendung anderer verbreiteter Controller-Kerne.

Mit der AIRISC-Familie von eingebetteten RISC-V Prozessoren bietet das Fraunhofer IMS eine effiziente Hardware für Sensorik-Anwendungen und eingebettete KI in ausfallsicheren Systemen und mit besonderem Augenmerk auf dem Schutz der enthaltenen IP. Wir kombinieren unsere Sensortechnologien mit digitaler Signalverarbeitung und -auswertung zu Smarten Sensorsystemen.

Zuverlässiger Schutz von IP und Daten

Zum Schutz der KI-Algorithmen und Lerndaten vor IP-Diebstahl können Chips mit einer hardwareseitigen Firmware-Verschlüsselung ausgestattet werden. Die Chips schützen dabei ihren Speicherinhalt mittels eingebauter Verschlüsselung gegen Zugriff von außen und bieten für die Kommunikation eine Hardware-Beschleunigung für die populärsten Verschlüsselungsverfahren.

Das Fraunhofer IMS erweitert mit dieser Entwicklung sein Angebot für vertrauenswürdige Hardware (Trusted Electronics) auf den Bereich der eingebetteten KI und setzt dabei gezielt auf offene Hardware-Standards wie RISC-V. Für die Evaluierung können Softcores für diverse FPGA-Plattformen sowie optimierte Software-Bibliotheken zur Verfügung gestellt werden. Chips sind ab dem Frühjahr 2020 verfügbar und die Integration in kundenspezifische ASIC-Entwicklungen ist ab sofort möglich. Dies beinhaltet auch die Möglichkeit den RISC-V Kern um kundenspezifische Module zu erweitern.

Vertrauenswürdige eingebettete KI mit RISC-V

RISC-V Kern für Safety und Security Anwendungen