Protección de la propiedad intelectual de circuitos digitales para la síntesis de descripciones de alto nivel

Resumen

Actualmente la gran mayoría de las aplicaciones digitales se basan en las tecnologías ASIC (Aplication Specific Integrated Circuit). Los inconvenientes fundamentales en el desarrollo de circuito integrados ASICs comparado con otras tecnologías, son los elevados costes de diseño y fabricación y el largo período de tiempo necesario para que estos circuitos lleguen al mercado. Esta solución sólo se puede justificar cuando los volúmenes de producción son elevados, lo que permite amortizar el elevado coste, y el tiempo de desarrollo es asumible. En este sentido, el tiempo de producción de prototipos puede influir negativamente en el ciclo de diseño. Como alternativa a los ASICs tradicionales, en los últimos años han surgido una serie de dispositivos lógicos programables, tales como EPLDs (EPROM technology-based Programmable Logic Devices) y FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), que han despertado un enorme interés por sus posibilidades para el desarrollo de sistemas digitales. Estos circuitos se fabrican como dispositivos genéricos y posteriormente son programados por el usuario para realizar una función específica. Así, los dispositivos programables resultan mucho más eficientes para la implementación de aplicaciones con volúmenes de producción medios. Además, los dispositivos programables pueden emplearse para el desarrollo y prueba de prototipos que finalmente se producirán como ASICs, a una fracción del costo original. Dados los altos costes de fabricación de una línea de producción, en muchos casos los dispositivos programables son la única alternativa económicamente viable para desarrollar dispositivos de lógica especializada en bajos volúmenes. La posibilidad de reprogramar los chips permite mayor flexibilidad en el diseño, una mayor adaptabilidad de los dispositivos, y crea facilidades para extender, corregir o modificar a posteriori las funcionalidades implementadas en los productos finales. Las tendencias actuales permiten la integración de sistemas digitales completos tanto en ASICs como en un único dispositivo programable, surgiendo así los paradigmas de diseño System-on-Chip (SoC) y System-on-Programmable-Chip (SoPC). Las metodologías de diseño y herramientas CAD (Computer Aided Design) pretenden seguir este avance de la tecnología de circuitos integrados, intentando cubrir la necesidad de gestionar la complejidad generada por el nivel de integración de los ASICs y FPGAs. El diseño basado en la reutilización de módulos permite ensamblar sistemas complejos a través del uso de pequeños componentes, reduciendo así la complejidad del diseño, el tiempo de desarrollo y el ciclo de prueba y corrección. De esta forma, las estrategias basadas en módulos reutilizables, comúnmente llamados módulos IP (Intellectual Property) [KEA98], permiten la optimización de los recursos debido a los reducidos tiempo y coste de desarrollo. Sin la reutilización de módulos la industria electrónica no sería capaz de afrontar el desafío de fabricar sistemas cada vez mejores, más rápidos y más baratos. Sin embargo, esta metodología de diseño presenta algunos riesgos. Uno de ellos es el de la protección de la propiedad intelectual (Intellectual Property Protection, IPP). Debido a que los bloques IP están diseñados para ser modulares y estar integrados con otros componentes, es posible para un tercero vender uno de estos bloques o módulos como si fuese de su propiedad, sin necesidad de conocer la arquitectura interna o la implementación. Existe, pues, la necesidad de desarrollar técnicas que permitan el intercambio seguro de diseños y la protección de los correspondientes derechos del autor. La tecnología actual también ofrece nuevos mecanismos o técnicas de protección de estos derechos sobre la propiedad intelectual, siendo el uso de las llamadas marcas de agua, o watermarking, una de las opciones que más interés está despertando. Este trabajo pretende abrir nuevas líneas de investigación sobre el desarrollo y protección de módulos IP para el diseño de sistemas digitales complejos en descripciones de alto nivel. Se proponen en él distintas estrategias de watermarking para la protección de módulos IP. Se presentan ejemplos de protección de módulos IP mediante estas estrategias, implementados sobre dispositivos lógicos programables y bibliotecas de celdas estándar, y se analizan los resultados obtenidos en términos de los criterios de evaluación más importantes. Además, se realiza un estudio exhaustivo de los niveles de seguridad que ofrece la nueva propuesta y se comparan las estrategias de protección desarrolladas con otras alternativas existentes en la literatura.