随着信息与通信技术的发展,我们的生活进入了万物互联的时代。人们享受着海量信息带来的便捷,同时也承受着个人信息被盗取的风险。与此同时,集成电路产业也经历着一个飞速发展的过程。1965年,英特尔创始人之一的戈登·摩尔提出了摩尔定律,在此后的时间里,集成电路产业遵循着摩尔定律迅猛发展[1]。时至今日,集成电路已经成为了产业智能化的基础。本文结合了时下的两大热点:信息安全和集成电路,设计了一款应用于物联网设备的国密算法安全芯片。这款芯片是基于上一代国密安全芯片的优化设计。国密算法是国家密码管理办公室制定并颁布的一系列密码标准。芯片支持国密算法SM2、SM3和SM4,同时为了适应更多的应用场景,芯片同样支持国际标准加密算法AES、SHA。设计结合数模混合SOC设计流程和业界领先的EDA工具,集成了国产32位低功耗CPU,AMBA总线系统,物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function,PUF)模块,模拟模块,真随机数发生器及丰富的外围接口。在生产过程中,不可避免地会出现工艺偏差,利用这些偏差可以实现PUF的唯一性。PUF相当于每块芯片的指纹,由于它的唯一性,PUF可以应用在身份识别上。模拟模块有LDO模块和OSC模块。LDO主要对芯片的电源进行管理。OSC是芯片的时钟源。芯片的设计难点主要来自数模混合设计和后端设计。芯片的应用场景是物联网设备,对芯片的面积提出了很高的要求。模拟电路和数字电路的性质不一样,需要认真考虑电路的兼容性,确保数字电路和模拟电路都能正常工作。由于模拟模块结构的特殊性,整合模块时需要对数字电路做出一些调整。针对设计出现的技术难题,本文将介绍一种基于业界集成电路设计工具的设计方案。为了保证芯片的数据传输和逻辑功能的正常,在流片前需要对芯片版图进行时序验证和物理验证。芯片采用LQFP48封装,工作频率为36MHz,工作电流约为5～10mA。SM2的加密速度为35.6Mbps,解密速度为67.5Mbps,签名速度为71次/s,验签速度为37次/s,公钥生成速度为75次/s;SM3的杂凑吞吐率为5.9～17.5Mbps;SM4的加解密速度为12.36Mbps。国际标准单元AES加解密速度为18.43Mbps;SHA的杂凑吞吐率为6.6Mbps。PUF的性能比传统设计提升50%。可见,芯片的安全性能基本达到要求。