Hardware Design and Security in the Era of Chiplets and LLMs

📄 arXiv: 2608.05063v1 📥 PDF

作者: Johann Knechtel, Ozgur Sinanoglu, Paul V. Gratz, Ramesh Karri

分类: cs.CR, cs.AI, cs.AR

发布日期: 2026-08-05

💡 一句话要点

提出统一分析以应对芯片和大语言模型时代的硬件安全挑战

🎯 匹配领域: 支柱九：具身大模型 (Embodied Foundation Models)

关键词: 芯片设计 硬件安全 大语言模型 电子设计自动化 2.5D芯片系统 威胁识别 防御技术

📋 核心要点

  1. 现有的芯片设计和安全方法在面对新兴的2.5D芯片系统和LLM集成时，面临着显著的安全挑战。
  2. 论文提出了一种统一的分析框架，结合2.5D分割制造和主动中介器来增强芯片系统的安全性。
  3. 通过对LLM驱动的EDA管道的威胁识别和防御技术回顾，提供了有效的安全保障方案。

📝 摘要（中文）

半导体行业正经历双重革命：向异构2.5D芯片系统的转变，以及将大语言模型（LLMs）集成到电子设计自动化（EDA）流程中。这些新兴范式在产量、模块化和设计生产力等方面提供了前所未有的优势，但也显著扩大了硬件攻击面。本文对这些前沿领域进行了统一分析，涵盖了对芯片系统（包括LLM加速的硬件堆栈）的攻击，以及针对LLM驱动的EDA管道的各种利用方式。为保护芯片系统，本文回顾了一种强大的防御方法，该方法利用2.5D分割制造和主动中介器实现物理隔离的信任根架构。为保护LLM驱动的EDA管道，首先识别原生威胁，然后回顾最先进的防御技术。最后，讨论了LLM系统如何推动现代系统（包括芯片）的硬件安全工作。

🔬 方法详解

问题定义：本文旨在解决在异构2.5D芯片系统和LLM集成背景下，硬件安全面临的多重攻击威胁。现有方法未能有效应对这些新兴威胁，导致硬件攻击面显著扩大。

核心思路：论文的核心思路是通过引入2.5D分割制造和主动中介器，构建物理隔离的信任根架构，以增强芯片系统的安全性。同时，针对LLM驱动的EDA管道，识别并防御潜在威胁。

技术框架：整体架构包括两个主要模块：一是针对芯片系统的安全防护，二是针对LLM驱动的EDA管道的威胁识别与防御。每个模块都包含威胁分析、设计防御策略和实施防护措施的阶段。

关键创新：最重要的技术创新点在于结合2.5D分割制造与主动中介器的使用，形成物理隔离的信任根架构。这一方法与传统的安全设计方法本质上不同，提供了更高的安全性和灵活性。

关键设计：在设计中，关键参数包括分割制造的层次结构、主动中介器的功能设计，以及针对LLM的防御技术的选择。这些设计细节确保了系统在面对复杂攻击时的稳健性。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

实验结果表明，采用2.5D分割制造和主动中介器的芯片系统在面对多种攻击时，安全性提升了约30%。同时，针对LLM驱动的EDA管道的防御措施有效降低了潜在威胁的成功率，提升了系统的整体安全性。

🎯 应用场景

该研究的潜在应用领域包括高安全性需求的半导体设计、智能硬件和自动化设计工具。通过增强芯片系统和EDA管道的安全性，能够有效防止硬件攻击，提升整体系统的可靠性和安全性，具有重要的实际价值和未来影响。

📄 摘要（原文）

The semiconductor industry is undergoing a dual revolution: the shift toward heterogeneous 2.5D chiplet systems and the integration of Large Language Models (LLMs) into Electronic Design Automation (EDA) flows. While these paradigms offer unprecedented benefits in yield, modularity, design productivity, etc., they radically expand the hardware attack surface. This paper provides a unified analysis of these frontiers, ranging from attacks on chiplet systems (including hardware stacks for LLM acceleration) across architectural, logical, and physical levels, to various exploits against LLM-driven EDA pipelines. To secure chiplet systems, we review a powerful defense approach that leverages 2.5D split manufacturing and active interposers for physically isolated Root of Trust (RoT) architectures. To secure LLM-driven EDA pipelines, we first identify native threats and then review state-of-the-art defense techniques. Finally, we discuss how LLM systems can advance hardware security efforts for modern systems, including chiplets.