報告概況

2025年2月18日，沐創(chuàng)集成電路設計有限公司（下稱“沐創(chuàng)”）在舊金山舉辦的ISSCC 2025(International Solid-State Circuits Conference)會議上專題報告了全同態(tài)加密技術的最新成果，提出了全球最先進的高能效全同態(tài)加密芯片設計架構和相應實現，為人工智能和大模型發(fā)展過程中隱私安全保障提供更優(yōu)秀的輕量化解決方案。

全同態(tài)輕量化解決方案針對性提出了解決ChatGPT、DeepSeek等大語言模型云服務（MLaaS）的數據安全和隱私安全問題的技術實現路徑，完成了同時支持云端和終端應用的統一架構設計，單芯片設計支持端到端（“End-to-End”）的全場景同態(tài)加密(Fully Homomorphic Encryption)計算任務的加速。通過對芯片實際測試，結果表明該設計實現了最優(yōu)的能量效率和面積效率。作為首款同時支持云、端側同態(tài)加密計算的芯片，其能量效率相比于目前應用于服務器端與客戶端的芯片分別提升20倍和2個數量級以上。這款最新發(fā)表的芯片設計基于可重構計算技術，是公開發(fā)表的首次實現端到端全場景同態(tài)加密應用的專用芯片。沐創(chuàng)CEO在大會上以 “A 28nm 4.05μJ/Encryption 8.72kHMul/s Recon?gurable Multi-Scheme Fully Homomorphic Encryption Processor for Encrypted Client-Server Computing”為題目發(fā)表演講，向大會報告和發(fā)布這項全球領先的研究成果。

ISSCC被譽為集成電路設計領域的“世界奧林匹克大會”，是集成電路設計領域最高級別的會議，也是全球規(guī)模最大的固態(tài)電路學術會議。ISSCC 2025首次設立了專門的硬件安全專題，從全球頂尖的科研機構和產業(yè)界提交的工作報告中遴選收錄了包括本項著作在內的六項成果。截止目前，沐創(chuàng)已經與清華大學合作在ISSCC會議上先后發(fā)表了3篇分別面向后量子密碼、全同態(tài)加密等方向的高能效密碼芯片成果。

報告詳解

01 重要性

隨著云計算應用的普及，數據安全和用戶隱私數據保護的需求凸顯，推動各個國家和地區(qū)紛紛通過和出臺了新的法律法規(guī)來強化相應的保護機制。最近兩年以ChatGPT為代表的大語言模型的發(fā)展如火如荼，應用場景日新月異，特別是中國農歷蛇年新年期間，全球爆火的DeepSeek不僅僅在業(yè)界引起轟動，而且推動了大模型應用在國內的普及化和日?；ｋS著云計算應用越來越普及和以大語言模型為代表的人工智能應用越來越廣泛，數據安全和隱私保護的需求迫在眉睫，無論是最初的數據收集環(huán)節(jié)、數據存儲與運輸環(huán)節(jié)，還是最終的模型訓練環(huán)節(jié)，個人隱私安全問題都不容忽視，而這也是大模型為人詬病的主要痛點。全同態(tài)加密則是一種通過對密文直接進行計算以實現隱私數據的“可用不可見”的密碼技術，是大模型使用過程中保護用戶隱私的標準算法(Golden Standard)。為兼顧密文的不可識別性與可計算性，基于全同態(tài)加密的隱私保護技術當前面臨計算與存儲兩方面的巨大挑戰(zhàn)。領域定制的全同態(tài)加速芯片可以高效地支持全同態(tài)加密定制算子和服務器場景，成為隱私保護和人工智能產業(yè)化應用的重要一環(huán)。

沐創(chuàng)在本次報告中創(chuàng)新性提出的全同態(tài)芯片架構恰能完美解決類似ChatGPT、DeepSeek等大模型應用中個人隱私數據的安全問題。報告中提出的架構能完美兼容用戶端和服務端的計算需求，僅用單一芯片即可實現完整的功能支持，并且在能量效率方面達到了全球領先水平。與此前關注可自舉的全同態(tài)加密加速架構不同，沐創(chuàng)專注于研究有限級數全同態(tài)加密在輕量級PPML任務下的性能表現與優(yōu)化，更加貼近實際應用，為大模型的隱私泄露問題帶來新解法。

02 創(chuàng)新性

本次報告在第三部分重點介紹了該芯片架構的設計細節(jié)。與已有全同態(tài)密碼芯片架構相比，該芯片從編程通用性、性能面積平衡、算子訪存調度等維度進行了創(chuàng)新與優(yōu)化：

● 提出了可重構的計算陣列設計方案

通過片上計算動態(tài)重構的特性，對全同態(tài)加密端云協同計算的算子進行了廣泛的支持，同時通過層次化的算子設計實現了通用的編程模型。

● 提出了解耦的自同構單元硬件設計與片上數據生成單元

通過電路層面的性能調優(yōu)與架構層面的片上存儲優(yōu)化，降低全同態(tài)加密算子與片上存儲的面積開銷，實現了高面積效率的計算架構。

● 提出了基于計算圖的算子調度與訪存優(yōu)化技術

通過對隱私保護應用的計算模式進行圖分析與圖優(yōu)化，結合存儲結構與計算單元延時等芯片架構參數對全同態(tài)加密算子進行圖調度，實現系統級的芯片性能提升。

03 未來展望

沐創(chuàng)在報告中提出的創(chuàng)新芯片架構，并在報告最后詳細解釋了該架構能實現如此小的芯片面積的原因，引起了眾多參會者的興趣。相較于之前發(fā)表在ISSCC 2024上的全同態(tài)加密芯片，此架構首次將系統級計算建模與性能優(yōu)化納入芯片的設計目標，此前的全同態(tài)加密芯片都只能執(zhí)行NTT或者基轉換，無法完成整個的同態(tài)乘法或者自舉操作，本質上還是一個算子級別的建模。而此次沐創(chuàng)給出了整個應用在芯片SoC上的完整實現。

沐創(chuàng)自成立以來，始終追尋密碼學發(fā)展的前沿方向，持續(xù)探索并不斷取得突破。更值得一提的是，沐創(chuàng)與清華大學的緊密合作，不僅能充分發(fā)揮學研產融合優(yōu)勢，更為沐創(chuàng)在技術創(chuàng)新的道路上提供了堅實的后盾。沐創(chuàng)在ISSCC 2025上展示的創(chuàng)新性技術成果，不僅是沐創(chuàng)自身技術實力的彰顯，更是雙方合作的結晶。該成果不僅為大模型個人隱私安全問題提供了創(chuàng)新解決方案，也為行業(yè)發(fā)展樹立了新的標桿。沐創(chuàng)將繼續(xù)憑借其深厚的技術積淀，在先進密碼學領域持續(xù)深耕，為經典計算、智能計算和量子計算數據安全保駕護航，為數字化時代的信息安全筑牢堅實防線，為數字經濟建設和行業(yè)發(fā)展做出更大貢獻。