沐创提出高效全同态芯片架构为大模型隐私安全提供标准解决方案

发布时间：2025-03

报告概况

2025年2月18日，沐创集成电路设计有限公司（下称“沐创”）在旧金山举办的ISSCC 2025(International Solid-State Circuits Conference)会议上专题报告了全同态加密技术的最新成果，提出了全球最先进的高能效全同态加密芯片设计架构和相应实现，为人工智能和大模型发展过程中隐私安全保障提供更优秀的轻量化解决方案。

全同态轻量化解决方案针对性提出了解决ChatGPT、DeepSeek等大语言模型云服务（MLaaS）的数据安全和隐私安全问题的技术实现路径，完成了同时支持云端和终端应用的统一架构设计，单芯片设计支持端到端（“End-to-End”）的全场景同态加密(Fully Homomorphic Encryption)计算任务的加速。通过对芯片实际测试，结果表明该设计实现了最优的能量效率和面积效率。作为首款同时支持云、端侧同态加密计算的芯片，其能量效率相比于目前应用于服务器端与客户端的芯片分别提升20倍和2个数量级以上。这款最新发表的芯片设计基于可重构计算技术，是公开发表的首次实现端到端全场景同态加密应用的专用芯片。沐创CEO在大会上以 “A 28nm 4.05μJ/Encryption 8.72kHMul/s Reconﬁgurable Multi-Scheme Fully Homomorphic Encryption Processor for Encrypted Client-Server Computing”为题目发表演讲，向大会报告和发布这项全球领先的研究成果。

ISSCC被誉为集成电路设计领域的“世界奥林匹克大会”，是集成电路设计领域最高级别的会议，也是全球规模最大的固态电路学术会议。ISSCC 2025首次设立了专门的硬件安全专题，从全球顶尖的科研机构和产业界提交的工作报告中遴选收录了包括本项著作在内的六项成果。截止目前，沐创已经与清华大学合作在ISSCC会议上先后发表了3篇分别面向后量子密码、全同态加密等方向的高能效密码芯片成果。

报告详解

重要性

随着云计算应用的普及，数据安全和用户隐私数据保护的需求凸显，推动各个国家和地区纷纷通过和出台了新的法律法规来强化相应的保护机制。最近两年以ChatGPT为代表的大语言模型的发展如火如荼，应用场景日新月异，特别是中国农历蛇年新年期间，全球爆火的DeepSeek不仅仅在业界引起轰动，而且推动了大模型应用在国内的普及化和日常化。随着云计算应用越来越普及和以大语言模型为代表的人工智能应用越来越广泛，数据安全和隐私保护的需求迫在眉睫，无论是最初的数据收集环节、数据存储与运输环节，还是最终的模型训练环节，个人隐私安全问题都不容忽视，而这也是大模型为人诟病的主要痛点。全同态加密则是一种通过对密文直接进行计算以实现隐私数据的“可用不可见”的密码技术，是大模型使用过程中保护用户隐私的标准算法(Golden Standard)。为兼顾密文的不可识别性与可计算性，基于全同态加密的隐私保护技术当前面临计算与存储两方面的巨大挑战。领域定制的全同态加速芯片可以高效地支持全同态加密定制算子和服务器场景，成为隐私保护和人工智能产业化应用的重要一环。

沐创在本次报告中创新性提出的全同态芯片架构恰能完美解决类似ChatGPT、DeepSeek等大模型应用中个人隐私数据的安全问题。报告中提出的架构能完美兼容用户端和服务端的计算需求，仅用单一芯片即可实现完整的功能支持，并且在能量效率方面达到了全球领先水平。与此前关注可自举的全同态加密加速架构不同，沐创专注于研究有限级数全同态加密在轻量级PPML任务下的性能表现与优化，更加贴近实际应用，为大模型的隐私泄露问题带来新解法。

创新性

本次报告在第三部分重点介绍了该芯片架构的设计细节。与已有全同态密码芯片架构相比，该芯片从编程通用性、性能面积平衡、算子访存调度等维度进行了创新与优化：

● 提出了可重构的计算阵列设计方案

通过片上计算动态重构的特性，对全同态加密端云协同计算的算子进行了广泛的支持，同时通过层次化的算子设计实现了通用的编程模型。

● 提出了解耦的自同构单元硬件设计与片上数据生成单元

通过电路层面的性能调优与架构层面的片上存储优化，降低全同态加密算子与片上存储的面积开销，实现了高面积效率的计算架构。

● 提出了基于计算图的算子调度与访存优化技术

通过对隐私保护应用的计算模式进行图分析与图优化，结合存储结构与计算单元延时等芯片架构参数对全同态加密算子进行图调度，实现系统级的芯片性能提升。

未来展望

沐创在报告中提出的创新芯片架构，并在报告最后详细解释了该架构能实现如此小的芯片面积的原因，引起了众多参会者的兴趣。相较于之前发表在ISSCC 2024上的全同态加密芯片，此架构首次将系统级计算建模与性能优化纳入芯片的设计目标，此前的全同态加密芯片都只能执行NTT或者基转换，无法完成整个的同态乘法或者自举操作，本质上还是一个算子级别的建模。而此次沐创给出了整个应用在芯片SoC上的完整实现。

沐创自成立以来，始终追寻密码学发展的前沿方向，持续探索并不断取得突破。更值得一提的是，沐创与清华大学的紧密合作，不仅能充分发挥学研产融合优势，更为沐创在技术创新的道路上提供了坚实的后盾。沐创在ISSCC 2025上展示的创新性技术成果，不仅是沐创自身技术实力的彰显，更是双方合作的结晶。该成果不仅为大模型个人隐私安全问题提供了创新解决方案，也为行业发展树立了新的标杆。沐创将继续凭借其深厚的技术积淀，在先进密码学领域持续深耕，为经典计算、智能计算和量子计算数据安全保驾护航，为数字化时代的信息安全筑牢坚实防线，为数字经济建设和行业发展做出更大贡献。